优化芯片动态功耗的方法及芯片、电子设备和计算设备技术

本申请提供一种优化芯片动态功耗的方法及芯片、电子设备和计算设备，涉及芯片技术领域。所述方法包括为芯片的第一寄存器阵列设置第一虚拟时钟门控单元，计算由于所述第一虚拟时钟门控单元导致的功耗变化量，将所述功耗变化量输入对比函数，根据所述对比函数的输出结果，确定是否为所述第一寄存器阵列插入实际的时钟门控单元。利用本申请的方法可降低芯片的动态功耗，将仿真计算融入到电路设计中，优化芯片的功耗。芯片的功耗。芯片的功耗。

【技术实现步骤摘要】
优化芯片动态功耗的方法及芯片、电子设备和计算设备


[0001]本专利技术涉及芯片
，具体涉及一种优化芯片动态功耗的方法及芯片、电子设备和计算设备。

技术介绍

[0002]随着半导体工艺的快速发展，数字芯片的电路集成度越来越高。但是，电路集成度的提高将导致芯片的功耗急剧增加，芯片的工作频率越来越高，导致芯片的功耗越来越大，从而影响芯片性能。功耗是衡量一款芯片优劣的重要指标之一，芯片功耗的增加对电子设备的续航能力有较大影响。当前，低功耗设计已经作为芯片设计的重要组成部分。
[0003]芯片功耗从原理上区分主要有两大类：静态功耗(Static Power)和动态功耗(Dynamic Power)。动态功耗，主要是由于信号的翻转从而导致器件内部的寄生阻容RC充放电引起的，而静态功耗则是由器件在通电状态下的泄漏电流(Leakage Current)引起的。
[0004]为了节约动态功耗，现有技术都是为某一专用芯片或场景提供低功耗的方案，扩展性较弱，无法用于某些独立设备，并且依赖于外部控制，不能通过硬件进行自动化处理。还有一些普遍的做法是采用时钟门控技术。当前大规模集成电路基本都是时序电路，时序电路通常使用触发器来实现，触发器之间的信号传递通过时钟信号来控制。由于时钟信号周期性的翻转，时钟网络庞大的负载会造成较大的动态功耗。在芯片实际工作过程中，有些信号或者功能并不需要一直开启，那么就可以在它们不用的时候将其时钟信号关闭，这样一来信号不再翻转，从而能够有效减少动态功耗。
[0005]时钟门控单元虽然可以有效地降低时钟翻转产生的动态功耗，但本身就会引入新的动态功耗和静态功耗，并且对寄存器数据输入端的功耗也有影响。因此，需要不断探索优化芯片动态功耗的方法。

技术实现思路

[0006]本申请旨在提供用于优化芯片动态功耗的方法和电子设备，能够简单有效的降低芯片的动态功耗。
[0007]根据本申请的一方面，一种优化芯片动态功耗的方法包括为芯片的第一寄存器阵列设置第一虚拟时钟门控单元，计算由于所述第一虚拟时钟门控单元导致的功耗变化量，将所述功耗变化量输入对比函数，根据所述对比函数的输出结果，确定是否为所述第一寄存器阵列插入实际的时钟门控单元。
[0008]根据一些实施例，计算由于所述第一虚拟时钟门控单元导致的功耗变化量包括获取所述第一寄存器阵列和所述第一虚拟时钟门控单元的时钟信号、使能信号和数据信号的翻转率及静态概率，根据所述翻转率和所述静态概率，计算所述第一寄存器阵列通过所述第一虚拟时钟门控单元降低的功耗，计算所述第一虚拟时钟门控单元的总功耗，根据所述第一寄存器阵列通过时钟门控降低的功耗及所述第一虚拟时钟门控单元的总功耗计算第一功耗变化量。
[0009]根据一些实施例，计算由于所述第一虚拟时钟门控单元导致的功耗变化量，还包括计算所述第一寄存器阵列的数据端口增加的功耗，计算删除多路选择器阵列降低的功耗，根据所述第一功耗变化量、所述第一寄存器阵列的数据端口增加的功耗及删除多路选择器阵列降低的功耗计算第二功耗变化量。
[0010]根据一些实施例，获取各信号的翻转率及静态概率包括获取用户设定的寄存器控制信号、数据信号的翻转率及静态概率。
[0011]根据一些实施例，获取各信号的翻转率及静态概率包括从仿真生成的文件中提取信号的翻转率及静态概率。
[0012]根据一些实施例，计算所述第一虚拟时钟门控单元的总功耗包括对所述第一虚拟时钟门控单元的静态功耗和动态功耗求和，其中所述第一虚拟时钟门控单元的动态功耗通过累加所述第一时钟端口单次翻转的功耗与相应时钟端口的翻转率的乘积、使能端口单次翻转的功耗与使能端口的翻转率的乘积，以及时钟端口到输出端口路径的单次翻转功耗与时钟端口的翻转率和使能端口状态1的概率的乘积。
[0013]根据一些实施例，计算所述第一寄存器阵列通过所述第一虚拟时钟门控单元降低的功耗包括累加所述第一虚拟时钟门控单元控制的各个寄存器时钟端口的功耗变化，其中，每个寄存器时钟端口的功耗变化为所述时钟端口单次翻转功耗与所述时钟端口到输出端口的路径单次翻转功耗的和、插入所述第一时钟门控单元前所述时钟端口的翻转率、及使能信号真值状态的概率减去1得到的差值三者之间的乘积。
[0014]根据一些实施例，计算所述第一寄存器阵列的数据端口增加的功耗包括累加由所述第一虚拟时钟门控单元控制的各个寄存器数据端口增加的功耗，其中，每个寄存器数据端口增加的功耗为每个数据端口单次翻转的功耗、1减去使能信号真值状态的静态概率得到的差值、及数据信号的翻转率三者之间的乘积。
[0015]根据一些实施例，计算删除多路选择器阵列降低的功耗包括计算所述多路选择器阵列的功耗并取负值，所述多路选择器阵列的功耗由所述第一虚拟时钟门控单元控制的寄存器所需要的各多路选择器的功耗累加得出，单个多路选择器的功耗由静态功耗和动态功耗相加得出，其中单个多路选择器的静态功耗通过查表获得，单个多路选择器的动态功耗由其数据输入端口、寄存器反馈输入端口、选择端口以及所述数据输入端口、所述寄存器反馈输入端口、所述选择端口分别到输出端口的路径功耗累加获得。
[0016]根据一些实施例，所述对比函数设置为将所述功耗变化量与设定阈值进行比较。
[0017]根据一些实施例，所述设定阈值为预先设定的实数值，或者所述设定阈值为单个寄存器时钟端口功耗的预定比例值。
[0018]根据一些实施例，所述方法还包括通过所述对比函数对忽略的所述第一寄存器阵列的数据端口增加的功耗及删除多路选择器阵列降低的功耗进行补偿。
[0019]根据本申请的另一方面，提供一种芯片，包括第一寄存器阵列和第二寄存器阵列，为所述第一寄存器阵列设置的第一时钟门控单元，其中所述第二寄存器阵列未设置相应的时钟门控单元，且由于所述第一时钟门控单元导致的功耗变化量低于设定阈值。
[0020]根据本申请的另一方面，提供一种电子设备，所述电子设备包括上述芯片。
[0021]根据本申请的另一方面，提供一种计算设备，包括处理器，以及存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上任一项所述
的方法。
[0022]根据本申请的另一方面，提供一种非瞬时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机可读指令，当所述指令被处理器执行时，使得所述处理器执行如上任一项所述的方法。
[0023]时钟门控单元虽然可以有效地降低时钟翻转产生的动态功耗，但其本身会引入新的动态功耗和静态功耗，并且对寄存器数据输入端的功耗也有影响。现有技术一般是通过判断寄存器阵列的最小宽度是否大于特定值，来决策是否要插入时钟门控单元。然而，通过判断寄存器阵列的最小宽度来衡量是否有效降低功耗是比较粗糙的，不能准确地判断使用时钟门控技术是否能降低功耗。根据本申请实施例，计算插入虚拟时钟门控单元后的功耗变化，结合对比函数的输出来决策是否插入真实的时钟门控单元，能更为精确地分析出插入时钟门控单元的收益和代价，从而更有效地降低实际工作场景的功耗。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种优化芯片动态功耗的方法，其特征在于，所述方法包括：为芯片的第一寄存器阵列设置第一虚拟时钟门控单元；计算由于所述第一虚拟时钟门控单元导致的功耗变化量；将所述功耗变化量输入对比函数；根据所述对比函数的输出结果，确定是否为所述第一寄存器阵列插入实际的时钟门控单元。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算由于所述第一虚拟时钟门控单元导致的功耗变化量，包括：获取所述第一寄存器阵列和所述第一虚拟时钟门控单元的时钟信号、使能信号和数据信号的翻转率及静态概率；根据所述翻转率和所述静态概率，计算所述第一寄存器阵列通过所述第一虚拟时钟门控单元降低的功耗；计算所述第一虚拟时钟门控单元的总功耗；根据所述第一寄存器阵列通过时钟门控降低的功耗及所述第一虚拟时钟门控单元的总功耗计算第一功耗变化量。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，计算由于所述第一虚拟时钟门控单元导致的功耗变化量，还包括：计算所述第一寄存器阵列的数据端口增加的功耗；计算删除多路选择器阵列降低的功耗；根据所述第一功耗变化量、所述第一寄存器阵列的数据端口增加的功耗及删除多路选择器阵列降低的功耗计算第二功耗变化量。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，计算所述第一虚拟时钟门控单元的总功耗，包括：对所述第一虚拟时钟门控单元的静态功耗和动态功耗求和，其中，所述第一虚拟时钟门控单元的静态功耗通过查表获得；所述第一虚拟时钟门控单元的动态功耗通过累加所述第一虚拟时钟门控单元的时钟端口和使能端口单次翻转的功耗与相应端口的翻转率的乘积、以及时钟端口到输出端口路径的单次翻转功耗与所述时钟端口的翻转率和所述使能端口真值状态概率的乘积。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，计算所述第一寄存器阵列通过所述第一虚拟时钟门控单元降低的功耗，包括：累加所述第一虚拟时钟门控单元控制的各个寄存器时钟端口的功耗变化，其中，每个寄存器时钟端口的功耗变化为所述时钟端口单次翻转功耗与所述时钟端口到输出端口的路径单次翻转功耗的和、插入所述第一时钟门控单元前所述时钟端口的...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔跃龙，蔡权雄，牛昕宇，
申请(专利权)人：深圳鲲云信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：