Low Power. Οργάνωση Παρουσίασης. ηµήτρης Μητροβγένης ηµήτρης Κασερίδης Μαρίνος Σαµψών VLSI II ΠΑΤΡΑ 2004

Σχετικά έγγραφα
ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ. Δρ. Δ. Λαμπάκης (8 η σειρά διαφανειών)

«Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων σε FPGA» Εαρινό εξάμηνο

Υ52 Σχεδίαση Ψηφιακών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων και Συστημάτων 6: Ταχύτητα Κατανάλωση Ανοχή στον Θόρυβο

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ. Δρ. Δ. Λαμπάκης (9 η σειρά διαφανειών)

Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Μάθηµα 5ο.. Λιούπης

Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Μάθηµα 4ο.. Λιούπης

Σχεδιασμός Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων VLSI I

Υλοποίηση λογικών πυλών µε τρανζίστορ MOS. Εισαγωγή στην Ηλεκτρονική

Κεφάλαιο 2 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Systems and Computer Architecture Lab

ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Μικροηλεκτρονική - VLSI

Σχεδιασμός Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων VLSI I 3 η Εργαστηριακή Άσκηση

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Φυσικής Εργαστήριο Ηλεκτρονικής. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Οικογένειες Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων Ψηφιακής Λογικής

Στατική ηλεκτρική ανάλυση του αντιστροφέα CMOS. Εισαγωγή στην Ηλεκτρονική

Τρίτο Σετ Φροντιστηριακών ασκήσεων Ψηφιακών Ηλεκτρονικών. Δρ. Χ. Μιχαήλ

Βασικές αρχές ηµιαγωγών και τρανζίστορ MOS. Εισαγωγή στην Ηλεκτρονική

Εισαγωγή στις κρυσταλλολυχνίες (Transistors)

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Φυσικής Εργαστήριο Ηλεκτρονικής. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Δίοδοι, BJT και MOSFET ως Διακόπτες 2

Κεφάλαιο Τρία: Ψηφιακά Ηλεκτρονικά

10. Χαρακτηριστικά στοιχεία λογικών κυκλωμάτων

Ενότητα 3 ΨΗΦΙΑΚΑ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ

ΨΗΦΙΑΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ MOS KAI CMOS

Μνήμες RAM. Διάλεξη 12

Λογικά Κυκλώματα CMOS. Διάλεξη 5

Σχεδιασμός Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων VLSI I

Συστήματα σε Ολοκληρωμένα Κυκλώματα

Εισαγωγή στα κυκλώµατα CMOS 2

4.2 Αναπαράσταση δυαδικών τιμών στα ψηφιακά κυκλώματα

Μικροηλεκτρονική - VLSI

Καθυστέρηση στατικών πυλών CMOS

Ερωτήσεις θεωρίας Σημειώσεις στο τρανζίστορ MOSFET

ΗΜΥ 210 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

Υ52 Σχεδίαση Ψηφιακών Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων και Συστημάτων. Δεληγιαννίδης Σταύρος Φυσικός, MsC in Microelectronic Design

Εργαστηριακή άσκηση. Θεωρητικός και πρακτικός υπολογισμός καθυστερήσεων σε αναστροφείς CMOS VLSI

Κεφάλαιο 9 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Systems and Computer Architecture Lab. CMOS Λογικές ομές 2

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών. Ψηφική Σχεδίαση

Φυσική για Μηχανικούς

ΑΣΚΗΣΗ 3 η Ο ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΕΑΣ CMOS

Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Μάθηµα 3ο.. Λιούπης

Σχεδιασμός Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων VLSI I

Κατανάλωση ισχύος ψηφιακών κυκλωμάτων

Σύνθεση για χαµηλή κατανάλωση

Λογικά Κυκλώματα NMOS. Διάλεξη 4

1) Ταχύτητα. (Χρόνος καθυστερήσεως της διαδόσεως propagation delay Tpd ). Σχήμα 11.1β Σχήμα 11.1γ

Σχεδιασμός Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων VLSI I 4 η Εργαστηριακή Άσκηση

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Ι ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ ΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΠΕΔΙΟΥ. Eλεγχος εσωτερικού ηλεκτρικού πεδίου με την εφαρμογή εξωτερικού δυναμικού στην πύλη (gate, G).

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ. Δρ. Δ. Λαμπάκης (5 η σειρά διαφανειών)

ΗΥ335: Προχωρημένη Ηλεκτρονική. «Βαθμίδες Εξόδου» Φώτης Πλέσσας UTH ΤHMMY

HY330 Ψηφιακά Κυκλώματα - Εισαγωγή στα Συστήματα VLSI.

Πολυσύνθετες πύλες. Διάλεξη 11

Σχεδίαση Αναλογικών Κυκλωμάτων VLSI

ΘΕΜΑ : ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΔΙΑΡΚΕΙΑ: 1 περιόδος. 24/11/ :09 Όνομα: Λεκάκης Κωνσταντίνος καθ. Τεχνολογίας

Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Μάθηµα 6ο.. Λιούπης

Τα τρανζίστορ επίδρασης πεδίου (FET) Σπύρος Νικολαΐδης Αναπληρωτής Καθηγητής Τομέας Ηλεκτρονικής & ΗΥ Τμήμα Φυσικής

Μικροηλεκτρονική - VLSI

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ. Δρ. Δ. Λαμπάκης (2 η σειρά διαφανειών)

Φυσική για Μηχανικούς

Καθυστέρηση αντιστροφέα και λογικών πυλών CMOS. Εισαγωγή στην Ηλεκτρονική

Κεφάλαιο 5 o και 7 ο. Γ. Τσιατούχας. VLSI Systems and Computer Architecture Lab. Κατανάλωση Ισχύος 2

Φυσική για Μηχανικούς

Κυκλώµατα CMOS και Λογική Σχεδίαση 2

Εισαγωγή. Στατική Λειτουργία V DD Q P Q N Q N =SAT QP=LIN QN=LIN Q P =SAT. Vi (Volts)

ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ. Δρ. Δ. Λαμπάκης (10 η σειρά διαφανειών)

Ηλεκτρονική Φυσική & Οπτικοηλεκτρονική

Φυσική για Μηχανικούς

2. ΛΟΓΙΚΕΣ ΠΥΛΕΣ. e-book ΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕ ΙΑΣΗ ΑΣΗΜΑΚΗΣ-ΒΟΥΡΒΟΥΛΑΚΗΣ- ΚΑΚΑΡΟΥΝΤΑΣ-ΛΕΛΙΓΚΟΥ 1

ΣΤΑΤΙΚΕΣ ΚΑΙ ΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΜΝΗΜΕΣ ΤΥΧΑΙΑΣ ΠΡΟΣΠΕΛΑΣΗΣ (Static and Dynamic RAMs). ΔΙΑΡΘΡΩΣΗ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ ΘΕΜΑΤΙΚΕΣ ΕΝΟΤΗΤΕΣ

Τρανζίστορ Επίδρασης Πεδίου Field-effect transistors (FET)

Ψηφιακά Ηλεκτρονικά. Μάθηµα 2ο.. Λιούπης

Πρόγραμμα Επικαιροποίησης Γνώσεων Αποφοίτων

Εισαγωγή στα ψηφιακά κυκλώματα. Διάλεξη 1

HY330 Ψηφιακά Κυκλώματα - Εισαγωγή στα Συστήματα VLSI.

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Τ.Ε. ΨΗΦΙΑΚΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ.

Σχεδιασμός Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων VLSI I

ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΩΝ

Φυσική για Μηχανικούς

HY:433 Σχεδίαση Αναλογικών/Μεικτών και Υψισυχνών Κυκλωμάτων

4/10/2008. Στατικές πύλες CMOS και πύλες με τρανζίστορ διέλευσης. Πραγματικά τρανζίστορ. Ψηφιακή λειτουργία. Κανόνες ψηφιακής λειτουργίας

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία Διάλεξη 4

ΤΕΙ - ΧΑΛΚΙ ΑΣ. παθητικά: προκαλούν την απώλεια ισχύος ενός. ενεργά: όταν τροφοδοτηθούν µε σήµα, αυξάνουν

.Λιούπης. Ψηφιακά Ηλεκτρονικά Ακεραιότητα Ψηφιακού Σήµατος 1

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Ι Ενότητα 3

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ Ι Ενότητα 9

Εργαστήριο Εισαγωγής στη Σχεδίαση Συστημάτων VLSI

«Σχεδιασμός Ψηφιακών Συστημάτων σε FPGA» Εαρινό εξάμηνο

ΕΝΙΣΧΥΤΕΣΜΙΑΣΒΑΘΜΙΔΑΣ ΔΙΑΛΕΞΗ 1

7 η διάλεξη Ακολουθιακά Κυκλώματα

ΕΥΕΛΙΚΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΗΜΥ 499

Ηλεκτρονικά Στοιχεία και Κυκλώματα ΙΙ. Εισαγωγή σε Βασική Φυσική Στοιχείων MOS

- Transistor Transistor -

Κεφάλαιο 3. Λογικές Πύλες

Μικροηλεκτρονική - VLSI

HY121-Ηλεκτρονικά Κυκλώματα

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα

ΤΕΙ - ΧΑΛΚΙ ΑΣ 12. ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ ΕΠΙ ΡΑΣΗΣ ΠΕ ΙΟΥ (FET) Tρανζίστορ στο οποίο το ρεύµα εξόδου ελέγχεται όχι από το ρεύµα αλλά από την τάση εισόδου.

2 η Θεµατική Ενότητα : Άλγεβρα Boole και Λογικές Πύλες

ΗΜΥ 100 Εισαγωγή στην Τεχνολογία ιάλεξη 7

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ

Τελεστικοί Ενισχυτές. Σπύρος Νικολαΐδης Αναπληρωτής Καθηγητής Τομέας Ηλεκτρονικής & ΗΥ Τμήμα Φυσικής

CMOS ΛΟΓΙΚΗ ΟΙΚΟΓΕΝΕΙΑ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΔΙΟΔΙΚΟΥ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ ΓΙΑ ΧΑΜΗΛΗ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΚΑΤΑΝΑΛΩΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Η ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΞΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ.

Transcript:

Low Power ηµήτρης Μητροβγένης ηµήτρης Κασερίδης Μαρίνος Σαµψών VLSI II ΠΑΤΡΑ 004 Low Power 1 Οργάνωση Παρουσίασης Ηανάγκη για χαµηλή ισχύ (Low Power) Πηγές Κατανάλωσης ισχύος Τεχνικές Βελτιστοποίησης Κατανάλωσης Θέµατα κατανάλωσης κατά το testing Βιβλιογραφία Low Power

Τι εννοούµε µε τον όρο «ισχύς» Ισχύς είναι ο ρυθµός που µια µορφή ενέργειας µετατρέπεται σε κάποια άλλη. Ενέργεια(W) Ισχύς(P) = Χρόνος(t) Σε περιβάλλον VLSI, η ισχύς αναφέρεται στο ρυθµό µε τον οποίο η ηλεκτρική ενέργεια µετατρέπεται σε θερµότητα (απώλεια), ή το ρυθµό µε τον οποίο ενέργεια διοχετεύεται από µια πηγή (κατανάλωση). Low Power 3 Ηιστορία του Low Power Η γέννηση του L.P ταυτίζεται µε την ανακάλυψη του τρανζίστορ το 1947. Περισσότερες δυνατότητες για L.P µε την ανακάλυψη των ολοκληρωµένων κυκλωµάτων (IC) το 1958. Στο παρελθόν µόνο η επιφάνεια και η ταχύτητα απασχολούσαν τον σχεδιαστή VLSI. Ορισµένα ψηφιακά κυκλώµατα χρησιµοποιούσαν τεχνικές L.P, αλλά λειτουργούσαν σε πολύ µικρή συχνότητα (ρολόγια, βηµατοδότες). Low Power 4

Ηανάγκη για Low Power σήµερα Πρακτικοί λόγοι: Μείωση των απαιτήσεων σε ισχύ από φορητές συσκευές µικρού µεγέθους και βάρους που λειτουργούν µε µπαταρίες (κινητά τηλέφωνα κλπ). Οικονοµικοί λόγοι: Η αύξηση πυκνότητας ολοκλήρωσης οδηγεί σε υψηλότερη απόδοση, µεγαλύτερη κατανάλωση ισχύος ανά chip και υπάρχει µεγαλύτερη ανάγκη για ακριβό packaging. Τεχνολογικοί λόγοι: Η υπερβολική θερµότητα µειώνει την απόδοση και τη λειτουργικότητα των (HDI) chips. Low Power 5 Οι τάσεις της τεχνολογίας Year 1995 1998 001 004 007 010 DRAM (bits/chip) 64M 56M 1G 4G 16G 64G DRAM chipsize (mm^) Microprocessor ( trans/chip) Microprocessor chip size (mm^) Lithography (microns) Channel length ( microns) 190 80 40 640 960 1400 1M 8M 64M 150M 350M 850M 50 300 360 430 50 60 0.35 0.5 0.18 0.13 0.10 0.07 0.8 0.0 0.14 0.10 < 0.1 Supply voltage (V) 3.3.5 1.8 1.5 1. 1.0 Oxide thickness (nm) 7-1 4-6 4-5 4-5 < 4 Low Power 6

Ηεξέλιξη της κατανάλωσης ισχύος Microprocessor Supply Voltage Frequency Cooling Power Intel 8086 5V 33Mhz Air W Intel 80386 5V 33Mhz DX Air 3W Intel 80486 5V 50Mhz DX Heat Sink 5W Intel Pentium 3.3V 133Mhz Forced Air 15W DEC Alpha 1164 3.3V 300Mhz Forced Air 50W Low Power 7 Ενδεικτικά 733MHz PowerPC 7445 10 W. GHz Mobile Pentium 4-30 W.8 GHz Pentium 4-68.4 W Low Power 8

Ητεχνολογία των µπαταριών Ητεχνολογία των µπαταριών εξελίσσεται αρκετά αργά. Οι µπαταρίες Li-Ion και NiMg είναι οι κύριες τεχνολογίες. Οι µπαταρίες συνεισφέρουν πολύ στο βάρος των φορητών συσκευών. Nokia 61xx - 33% Toshiba Portege 3110 laptop - 0% Handspring PDA - 10% Low Power 9 Υποψήφιες οικογένειες πυλών για L.P DCFL (Direct-Coupled FET Logic ) ECL (Emitter Coupled Logic) CMOS BiCMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) Low Power 10

Πλεονεκτήµατα CMOS Χαµηλότερο standby P drain. Ευρύτερα περιθώρια λειτουργίας. Ευελιξία στο να έχουµε ένα λειτουργικό κύκλωµα. Σχεδόν µηδενική στατική κατανάλωση. Καλή απόδοση στις περισσότερες περιπτώσεις. Πολλά εργαλεία αυτοµατοποιούν τη διαδικασία σχεδιασµού. Low Power 11 Εξισώσεις ισχύος i(t) Circuit v(t) P P inst avg de dw dw dq = = = * = v( t)* i( t) dt dt dq dt = T 1 T T 1 T 1 P inst dt= T 1 T T 1 T 1 v( t)* i( t) dt Ένα µικρό ρεύµα που ρέει για λίγο µπορεί να καταναλώσει περισσότερη ισχύ από ένα µεγάλο ρεύµα που κυλά για πολύ. Low Power 1

Πηγές κατανάλωσης Στατική κατανάλωση Ρεύµατα διαρροής διόδου Αγωγιµότητα στην περιοχή υποκατωφλίου. υναµική κατανάλωση Χωρητική ισχύς εξ αιτίας της φόρτισης εκφόρτισης χωρητικών φορτίων. Ρεύµατα βραχυκυκλώµατος Eξ αιτίας των ρευµάτων µονοπατιού όταν υπάρχει µια σύντοµη σύνδεση της τροφοδοσίας µε τη γείωση. Low Power 13 Στατική κατανάλωση (Ρεύµατα διαρροής διόδου) Στατική κατανάλωση ισχύος έχουµε λόγω ρευµάτων διαρροής. Είσοδος 0: n στοιχείο OFF p στοιχείο ΟΝ Είσοδος 1: n στοιχείο ΟΝ p στοιχείο ΟFFΟ Low Power 14

Στατική κατανάλωση (Οαντιστροφέας) i=ανάστροφο s ρεύµα κόρου V=τάση διόδου q=φορτίο ηλεκτρονίου k=σταθερά του Boltzman T=θερµοκρασία Στην πραγµατικότητα υπάρχει µικρή στατική κατανάλωση λόγω των διαρροών αντίστροφης πόλωσης µεταξύ των περιοχών διάχυσης και υποστρώµατος. I o 0.1nW P στατική=io V dd # FET P στατική ολική= Io V dd i=1 Τυπική κατανάλωση αντιστροφέα (5V) 1-nW1 0.5nW / FET σε θερµοκρασία δωµατίου Low Power 15 Στατική κατανάλωση Στις πύλες ψευδο-nmos λόγω του απευθείας µονοπατιού µεταξύ τροφοδοσίας και γείωσης υπάρχει στατική κατανάλωση ισχύος. Low Power 16

Στατική κατανάλωση (Αγωγή υποκατωφλίου) Για τιµές της V gs µικρότερες αλλά κοντά στην V t ρέει ένα ρεύµα. Στην περιοχή αυτή που ονοµάζεται περιοχή υποκατωφλίου το ρεύµα nvt Ι ds =Κe 1 e υποδοχής εξαρτάται εκθετικά από την τάση V gs (V V ) V gs t - ds VT Low Power 17 Κατανάλωση βραχυκυκλώµατος Ρεύµα από VDD προς GND καθώς το PMOS και το NMOS είναι ON ταυτόχρονα για σύντοµο χρονικό διάστηµα. Για µια µετάβαση από χαµηλό σε υψηλό δυναµικό το NMOS θα αρχίσει να άγει όταν το Vin=Vt και το PMOS θα σταµατήσει να άγει όταν Vin=Vdd-Vtp Low Power 18

Κατανάλωση βραχυκυκλώµατος ( ) P sc = Ι V mean dd Θεωρούµε ότι οι χρόνοι ανόδου καθόδου είναι ίδιοι: t = t = t r f rf P sc Tο NMOS είναι στην περιοχή κορεσµού για την χρονική περίοδο [t1-t] και το ρεύµα κορεσµού δίνεται από τη σχέση β I(t)= (V (t)-v ), 0<Ι<Ι t Ι = Τ mean I(t)dt in t max clk t 1 Low Power 19 Κατανάλωση βραχυκυκλώµατος Ι V V in(t)= t = 4 4 Τ β = Τ β (V (t)-v )dt (V (t)-v )dt dd r t mean in t in t t t 1 1 t t Vt t1 = t r, t = V dd tr Low Power 0

Κατανάλωση βραχυκυκλώµατος β 3 t rf Psc = V dd Ι mean = (Vdd V) t 1 T Μεγάλοι χρόνοι ανόδου-καθόδου και µεγάλο πλάτος (W) οδηγούν σε µεγάλη κατανάλωση ισχύος. Low Power 1 υναµική κατανάλωση T T V dvc s = = L = L c L dt = 0 0 0 E V i dt V C dt C V dv C V T T V V dv c v c CV L c = c c = c L = L c c L dt = = 0 0 0 0 E v i dt v C dt C v dv C CV CV Er = Es Ec = CLV = Er Pavg = = CLV f T L L Για κάθε µετάβαση από 0 1,1 0 Καταναλώνεται C L V Ο χωρητικός πυκνωτής φορτίζεται µέσω του PMOS transistor και ξεφορτίζεται µέσω του NMOS transistor. Low Power

Συνολική δυναµική ισχύς στο κύκλωµα nodes P = α total C V f i = 1 i i dd clk P = α V total nodes i i Ci V f = 1 dd clk i 1.m CMOS chip 100 MHz clock rate Μέσο χωρητικό φορτίο 30 ff/gate 5V ισχύς τροφοδοσίας Κατανάλωση/πύλη = 75 mw Σχεδιασµός µε 00,000 πύλες: 15W! Low Power 3 Συνολική κατανάλωση ισχύος P = P s + P sc + P total d Low Power 4

Ορισµός του παράγοντα α Αν έχουµε µια µετάβαση από 0 V η ισχύς που dd προσφέρεται είναι C L V dd Αν έχουµε µια µετάβαση 0 V dd σε κάθε κύκλο ρολογιού τότε η ισχύς είναι C L V dd fclk Low Power 5 Ορισµός του παράγοντα α Θεωρούµε Ν περιόδους ρολογιού και n(n) o αριθµός των µεταβάσεων από 0 V dd στο χρονικό διάστηµα [0,Ν] E P α P N avg 0 1 = C V n(n) L dd EN E = lim f = ( lim ) C N N N V f n(n) = lim N N = α C V f avg 0 1 N clk L dd clk N L dd clk Low Power 6

Επιρροή των στατιστικών λογικού επιπέδου στον παράγοντα α (πχ.nor) A B Out 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 NOR- Ηπιθανότητα µετάβασης είναι η πιθανότητα να έχουµε 0 σε ένα κύκλο επί την πιθανότητα να έχουµε 1 στον επόµενο κύκλο ρολογιού. p = p p = p (1 p ) p 0 1 0 1 0 0 Ν Ν Ν Ν ( ) ( ( )) ( 1) = = 0 1 Ν Ν 3 1 3 p = 0 1 p 0 p = 1 p 0 (1 p 0) = 4 4 = 16 Low Power 7 Ηπύλη XOR A B Out 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 p = 0 1 1 4 XOR- Low Power 8

Πιθανότητα µετάβασης 0.4 0.35 0.3 0.5 XOR p = 0 1 1 4 0. 0.15 0.1 p Ν Ν Ν Ν ( 1) ( ( 1)) ( 1) = = 0 1 Ν Ν NOR,NAND 0.05 0 3 4 5 6 7 8 Αριθµός εισόδων,ν Low Power 9 Σύγκριση πιθανοτήτων µετάβασης διαφορετικών τεχνολογιών. Logic Style P 0 1 Static CMOS 3/16 Dynamic CMOS 3/4 DCVSL 1 Low Power 30

Μετρικές για Low Power Absolute power Σε Watts.Χρήσιµο σε εφαρµογές όπως επιλογή του package, κατανοµή ισχύος uw/mhz Η µέση ενέργεια που καταναλώνεται στο σύστηµα. uw/mips ή uw/spec Η µέση ενέργεια/instruction. Χρήσιµο για τη σύγκριση επεξεργαστών ίδιας οικογένειας. uw/mips² Κανονικοποιεί τη µέση ενέργεια ανά instruction, µε την απόδοση µιας συγκεκριµένης αρχιτεκτονικής. Χρήσιµο για τη σύγκριση επεξεργαστών διαφορετικής οικογένειας. uw/(area * MHz) Ενέργεια που καταναλίσκεται από µοναδιαία επιφάνεια της µήτρας. Χρήσιµο σα µέτρο αξιοπιστίας. Μπορεί επίσης να χρησιµοποιηθεί για τη σύγκριση δύο chips ίδιας λειτουργίας αλλά διαφορετικών υλοποιήσεων. Low Power 31 Συµπεράσµατα Η δυναµική κατανάλωση είναι γύρω στο 90% της συνολικής κατανάλωσης και µε αυτή θα ασχοληθούµε Low Power 3