高性能微處理器門控電源設(shè)計(jì)技術(shù)研究.pdf

1、隨著高性能微處理器進(jìn)入多核多線程處理器設(shè)計(jì)時(shí)代，集成電路生產(chǎn)工藝發(fā)生翻天覆地的變革，傳統(tǒng)的摩爾定律受到前所未有的挑戰(zhàn)，功耗問(wèn)題成為制約處理器發(fā)展的首要問(wèn)題之一。尤其在集成電路制造工藝進(jìn)入90nm工藝尺寸后，漏流功耗問(wèn)題愈發(fā)突出，傳統(tǒng)的低功耗技術(shù)不能有效控制漏流功耗，因此新的低功耗技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
　　本文通過(guò)對(duì)X微處理器代碼進(jìn)行研究，分析處理器結(jié)構(gòu)功能，在此基礎(chǔ)上為X微處理器增加門控電源設(shè)計(jì)以降低處理器功耗。設(shè)計(jì)針對(duì)處理器核心的粗粒

2、度門控電源，在不需要某些處理器核工作時(shí)關(guān)閉處理器核電源。設(shè)計(jì)了一個(gè)功耗管理控制單元PMC來(lái)完成處理器核上下電流程的控制。研究門控電源技術(shù)的驗(yàn)證方法，并提出電源開關(guān)的后端設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)針對(duì)處理器SRAM的細(xì)粒度門控電源，提出一種硬件動(dòng)態(tài)控制的門控電源設(shè)計(jì)方案。
　　本文首先為處理器合理劃分電源域，設(shè)計(jì)電源模式，完成門控電源整體方案設(shè)計(jì)。通過(guò)編寫CPF通用低功耗格式文件將設(shè)計(jì)方案施加在處理器上，并針對(duì)X微處理器核工作特點(diǎn)設(shè)計(jì)核心上下電

3、流程方案。通過(guò)模擬驗(yàn)證說(shuō)明低功耗意圖已成功部署在處理器上。
　　根據(jù)處理器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)上下電流程的自動(dòng)控制本文設(shè)計(jì)了功耗管理控制單元PMC。具體介紹了PMC的設(shè)計(jì)方案，分析其結(jié)構(gòu)組成、工作原理和內(nèi)部狀態(tài)轉(zhuǎn)換，并編寫verilog代碼實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。最后通過(guò)編寫測(cè)試激勵(lì)，將CPF文件同X微處理器代碼一起進(jìn)行模擬測(cè)試。通過(guò)觀察波形驗(yàn)證了PMC設(shè)計(jì)功能的正確性，能夠起到正確控制核心打開和關(guān)斷的作用。
　　最后本文闡述了門控電源設(shè)計(jì)的

4、驗(yàn)證方法，結(jié)合布局布線相關(guān)技術(shù)，提出了門控電源網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法。通過(guò)對(duì)多種不同的門控電源開關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析對(duì)比，使用RedHawk軟件測(cè)試不同結(jié)構(gòu)的電源開關(guān)和不同鏈間上電間隔的電源開關(guān)對(duì)瞬態(tài)電流的影響，最后提出一種測(cè)試效果較好的四條鏈并聯(lián)結(jié)構(gòu)的電源開關(guān)結(jié)構(gòu)。
　　另外，本文針對(duì)X處理器中的一級(jí)指令cache提出了硬件動(dòng)態(tài)控制的細(xì)粒度電源門控技術(shù)，利用指令隊(duì)列進(jìn)行程序中循環(huán)代碼的檢測(cè)。一旦檢測(cè)到循環(huán)代碼，就可以對(duì)指令cache進(jìn)行電源門控