三种使用PCI Express IP的节能技术.docx
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1、三种使用PCIExpressIP的节能技术摘要将PC1EXPreSS用于计算应用(服务器、组网、笔记本电脑等)的连通性方面在一段时间内相当流行,同时,在较小的、电池动力装置(电话、平板电脑、手表等)内的使用正变得更加广泛。由于计算应用环境下设备之间数据通值量的增加,产生较大的功率要求,正是由于该原因,设计人员致力于寻找降低其SOC在低强度或空闲时期功率的方法。较小的、电池动力装置常处于空闲和深度睡眠模式,但对于这类深度节电模式,其代价是,切换回正常工作模式时恢复时间较长。对于使用PC1EXPreSS的设计人员,通过将PC1ExpressIP集成在其SOC中,对其目标应用的功率产生了积极的影响,
2、这是因为除了协议所提供的节能技术之外,还有高级功率管理技术可以控制功耗。采用时针门控技术可以处理动态功耗事宜,但对静态功耗无任何作用。电遮门控技术是实现最大程度节能的理想选择,这是因为它能降低因缩小的特征尺寸而导致更大的静态功耗。在深度节电模式下,电源门控PC1ExpressIP在典型情况下需要PC1EXPreSS链路再训练或再配置,并将延长恢复时间,这在很多情形下是不希望的,所以是一项重大挑战。在本文中,以PC1ExpressIP为例,介绍了三种节能技术,以及设计人员如何使用协议和设计工具的功率管理特性来为需要快速恢复的装置提供高能效SoC的方法。1 .时钟门控技术:综合工具现代综合工具提供
3、了数种时钟功率管理技术,如传统的时钟门控和自门控。在传统时钟门控方面,综合工具寻找条件,将其组合在一起以形成时钟使能(EN),这样可以关断时钟到触发器的通路。这里介绍集成式时钟门控(KG)单元,使用EN,对系列触发器的时钟进行关断,如图1所示。对于自门控技术,如果触发器的输入不变,将关断触发器时钟;触发器的的输出与输入异或,用作ICG中的时钟使能(EN)o图1.传统的时钟门控(左)与自门控(右)本策略导致了高能效CE,但由于额外的逻辑开销,面积略有增大。综合工具通常在插入传统时钟门后使用自门控,以增强CE,针对面积权衡,进一步降低能耗。使用功率分析工具,可对该自动方法进行评估和优化,它能通报已
4、有时钟门的效率,并揭示进一步插入时钟门的机会。对于数种使用情形,这类报告可用于进一步优化时钟门插入。优化的传统时钟门控和PC1ExpressIP能实现至少40%的节能效果,并会将28纳米技术节点上的面积降低约9%o传统时钟门插入之后的自门控策略能够降低至少5%的能耗,并会使面积增大约1%o在16纳米FinFET(16FF)技术节点上,综合工具时钟门控(传统时钟门控+自门控)能达到25%的节能效果。图2。图2.时钟门控工具的节能效果2 .时钟门控技术:PCIExpressIP虽然工具插入式时钟节能技术能够显著降低功耗,它们并未完全考虑设计层次。从设计方面获取的CE仅作用于触发器上,仅在每一触发器
5、的时钟输入处选通时钟,如图3所示。存在这方面的抱怨,工具插入式时钟门控过于“细微”,未考虑穿过整个层次的时钟树。时钟树包括分布在整个设计中的时钟驱动和时钟门控单元,切换与驱动逻辑无关。对于高度复杂的设计,时钟树会消耗至少25%的待机功耗。在层次结构的根部关断时钟,可降低功耗,原因在于时钟树切换,这是一种需要考虑到架构的设计决定。C1KnetworkRegbank图3.时钟脉冲门插入后的典型设计作为示例,考虑PC1ExpressIP设计和ARMAMBA接口以及3个时钟域,如图4所示。AMBA主设备接收PC1EXPreSS请求,并将其转换为AMBA事务,所述事务将被发送至AMBA主时钟上的应用层。
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