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随着集成电路制造工艺的发展,集成电路的集成密度和性能迅速提高,加之移动和分布计算以及片上系统的广泛应用,功耗已经成为继成本、功能、面积、性能之后的关键设计特性。
本文从CMOS集成电路的功耗组成出发,详细分析了常用的功耗管理技术。以PKUnity-3(SK)系统芯片为平台,设计实现了由时钟生成模块和功耗管理模块组成的功耗管理部件,主要内容包括:
1.分析PKUnity-3(SK)系统芯片的时钟需求,设计系统的时钟结构,完成时钟生成模块的RTL实现并以减小时钟偏差为目标对时钟生成模块进行逻辑优化,为与时钟控制相关的功耗管理技术的实现提供了基础。
2.基于PKUnity-3(SK)系统芯片的时钟结构,实现动态变频技术,允许系统根据工作负荷量动态地调整时钟频率,从而降低芯片的动态功耗。
3.设计功耗管理模块的软件可编程寄存器与状态机,通过对功能模块的时钟信号以及系统芯片的全局时钟电路进行控制,允许系统根据工作负荷量在全集工作、子集工作、处理器空闲、系统休眠几种工作模式中切换。
4.重新设计时钟生成模块。新的时钟生成模块牺牲了一些灵活性,设计复杂度也有所提高,但是具有更为平衡的电路结构,为后端实现提供了一个较为理想的起点。
综上所述,本文通过时钟生成模块和功耗管理模块的设计与优化,探索实现了适合PKUnity-3(SK)系统芯片的功耗管理技术,对该芯片在65nm工艺下的功能升级版本的低功耗设计也有一定的借鉴意义。