低功耗的挑战

在这个万物联网、移动应用当道的世界中,集成电路设计商力求节省每一µA甚至nA的功率消耗,以延长电池不充电情况下的使用时间。物联网的应用将低功耗的需求推向一个全新的境界。为此,设计商必须采用更加复杂的SoC多电源域管理架构,同时嵌入整个电源调节网络,并且需要对常开电源域(always-on)进行深度优化。

这种先进的SoC架构大幅地增加了设计上的复杂度,并可能为产品上市时间(Time-to-Market)与成本带来严重冲击。由于电源域动态地开关切换,所选的SoC架构亦必须充分考虑噪声问题。

案例分析: 泰山演示芯片 - 如何安全地构建一个低功耗SoC。

推出低功耗“菜肴”的成功组合

现在,SoC的设计者可以充分享受完整且一致的产品,以安全快速地设计出超低功耗SoC。采用台积电55nm uLP eF制程设计的"泰山演示芯片(Taishan Demochip)",验证了这套完整且一致的产品的有效性。这种独特的组合保证了:

  • 最短的产品上市时间(TTM)与最低的风险;
  • 硅面积、物料成本、模式转换时间以及功耗之间的最佳权衡,以优化SoC性能。

原材料

经验证的硅IP、完整的设计说明书与先进视图 了解更多

工具

易于理解的PowerVision™、EDA平台 了解更多

配方

经验证的设计方法、专精SoC集成 了解更多

美味佳肴

一次流片成功、快速的上市时间、性能和功耗的最佳平衡 了解更多

低功耗"原材料"

以低功耗硅IP处理睡眠模式与活跃模式(active mode)的低功耗需求

以SoC Fabric IP安全地加快任何低功耗SoC的电源调节与模式控制网络

查看我们的硅IP详细目录 (EN)

点击长方块以查看相关产品

低功耗"工具"

EDA平台在满足包括面积,BoM,睡眠模式和活动模式下功耗等性能要求下,充分考虑稳定状态与模式转换过程中所产生的噪声对于电源的影响,来选择最优化的SoC架构。

EDA平台能够在整个SoC设计流程中进行噪声传播检查和模式转换检查,提供针对供电电源的IP兼容性保证(IP Compatibility Insurance)。

了解我们的EDA解决方案 (EN)

低功耗"配方"

结构完整且系统化的设计方法能够优化SoC架构并实现低功耗,精简并加速流片(tape-out)前的设计步骤,同时避免过多或不足的设计冗余对面积与整体物料成本(BoM)造成的不利影响。

精简且安全地设计多电源域低功耗SoC依赖于合理的设计流程。我们随低功耗SoC用户手册一起提供的架构指南、集成指南与规则,补充了台积电的参考设计流程(低功耗与PPA)与EDA供应商的应用手册。这些专业知识的有效性已经过Taishan演示芯片验证,帮助加快并保证多电源域超低功耗SoC的开发速度。

了解我们的ASIC/SoC服务 (EN)

  1

定义SoC功能模块

  2

确定工作频率

  3

定义电源管理网络

  4

定义活动控制单元与模式转换序列

  5

确定应用原理图

佳肴:Taishan

为什么需要演示芯片?

测试芯片与演示芯片的目的有所不同。

测试芯片可以用来验证一个或数个独立的虚拟元件(ViC)以验证硅测量结果是否与其规格相符。因此其作用是用于提供完整的特性报告,以提升硅IP元件用户的信心。
演示芯片的用途超越测试芯片。它可以用来验证数个虚拟元件之间的动态交互。演示芯片可以通过多重元件之间动态测试验证来提升用户对整体的SoC结构的信心。

经演示芯片(Demochip)验证的泰山Taishan

Taishan演示芯片验证了多电源域划分的SoC架造,从以下几个方面证明其在睡眠模式与活动模式皆能实现超低功耗目标:

  • 嵌入演示芯片中的超低功耗硅IP之间安全的相互作用
  • 构成电源调节网络(包括其模式控制)的架构IP的强大稳定性
  • 处理模式转换检查(Mode Transition Check)的仿真的精确度
  • 加速产品上市时间的架构指南、集成指南与规则的有效性

为达成这项目标,Taishan演示芯片的技术规格代表了物联网(IoT)、可穿戴设备与MCU等超低功耗应用,也因此嵌入了电源管理网络与电源模式控制(包括启动模式)。
如以下概要图所示,Taishan演示芯片结合了一套功能IP (语音活动检测器 (EN) , sDAC, 32位RISC微控制器 (EN) 以及 超低功耗的缓存控制器 (EN)), 基础IP (标准单元库 & 存储器 (EN)) 与架构IP (电源门控解决方案 (EN), 电压调节 (EN)模式活动控制器 (EN) )。

Taishan 借助台积电55 nm uLP eFlash工艺的超低电压特性,可在活跃模式下达到低至0.9 V (+/-10%) 的电压以及睡眠模式下0.55 V的数据保持电压(retention voltage),从而实现最低功耗 。

通过安全可靠的模式活动控制器MAESTRO,上述这些虚拟元件(ViCs)之间的相互作用在定义的活动场景中得到了很好的验证。
此外,Taishan演示芯片通过PowerVision™进行仿真验证来确认设计的相关性和准确性,特别是评估在模式转换过程中产生的噪声及该噪声对于供电电源的影响。在设计初期与整个设计流程间确实需要进行模式转换检查来对于电源调节网络上的模式转换(on-off-ret)所产生的噪声加以考量,以防止性能下降甚至引起功能问题,并避免过多的设计冗余。

若您需要更多关于泰山演示芯片的信息: 查看这里

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