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研究生: 陳聖文
Chen, Sheng-Wen
論文名稱: 基於電阻分配方法在電源關斷設計中插入電源開關器
Insertion of Power Switches in Power Gating Designs Based on Resistance Partition Approach
指導教授: 林家民
Lin, Jai-Ming
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 電機工程學系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 43
中文關鍵詞: 電源開關器電壓下降值多閾值互補式金屬氧化物半導體
外文關鍵詞: power switch, IR-drop, multi-threshold CMOS (MTCMOS)
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  • 低功率IC設計的議題越來越受到業界的重視。隨著製程演進,使得電路漏電流 ( Leakage current ) 呈現指數型的成長。因此現今工業界普遍採取的策略,是將IC設計分成不同電源域 ( Power domain ),並且在考慮低功率的電源域插入電源開關器 ( Power switch ) 以節省漏電流。由於電源開關器插入的數量以及擺置的位置,會影響整體晶片的面積和低功率電源域的電壓下降值,因此必須要有好好規劃。相對之前提出的方法[6][10][12]多半使用貪婪演算法(greedy algorithm) 直接決定電源開關器的位置和數量,本篇論文提出了一個有系統的方式來處理這個問題。我們首先決定電源開關器總等效電阻值,再配合整數線性規劃(Integer linear programming )和遞迴切割方法,來決電源開關器的數量和位置。最後,我們還利用二分逼近法[8]去逼近較佳的電源開關器總等效電阻值,此方法相較之前使用的方法具有更高的彈性,它可以針對不同的電源開關器型號來做選擇,並且可以在使用較少電源開關器面積需求去滿足設計者對於電壓下降的需求。實驗結果證明,根據實際業界提供的電路,貪婪演算法(greedy algorithm) 比我們的方法需要多9.7%的電源開關器總面積才能滿足電壓下降的限制。

    Low-power IC design has attracted more attention recently. As advance in the manufacture process, leakage current grows exponentially. Hence, dividing IC design into several power domains and inserting power switches into low-power domains is a widely applied strategy to resolve the problem. Since insertion of the power switches has a great impact on the total area and IR-drop in low-power domains, a proper methodology is required. Relative to the previous methods [6][10][12] which determine number and locations of the power switches directly by greedy algorithms, this paper proposes a systematic methodology to handle this problem. Our approach first determines the equivalent resistance of required power switches in a low power domain, and then use integer linear programming and recursively partition based approach to determine the number and locations of power switches. Moreover, we use binary search method to find proper equivalent resistance of power switches, and this approach is more elastic and efficient than the previous methods, which is capable to fulfill designer’s IR-drop constraint using less power switch area. Experiment result demonstrates greedy algorithm requires at most 9.7% power switch area comparing to our approach under identical IR-drop constraint.

    摘 要 i ABSTRACT ii 誌 謝 iv 圖目錄 vii 表目錄 viii 第一章 緒論 - 1 - 第一節 電源關斷架構 - 2 - 1. 分散插入式 ( Fine-grain ) - 2 - 2. 網路並聯式 ( Coarse-grain ) - 3 - 第二節 電源開關器 - 4 - 1. 高準位截止型 ( Header type ) - 4 - 2. 低準位截止型 ( Footer type ) - 5 - 第三節 電源功率分析 - 6 - 第四節 相關文獻 - 7 - 第五節 論文貢獻與架構 - 8 - 第二章 問題描述 - 10 - 第一節 基本資訊 - 10 - 1. 電力線方面 - 10 - 2. 電源開關器方面 - 10 - 第二節 插入電源開關器之問題描述 - 12 - 第三章 電源開關器的模型 - 14 - 第一節 電源開關器模型 - 14 - 第二節 利用ILP決定各種電源開關器型號的個數 - 15 - 第四章 電源開關器擺置演算法 - 17 - 第一節 電源域切割函式 - 17 - 第二節 電源開關器分配 - 19 - 第三節 遞迴切割電源域 - 22 - 第四節 擺置電源開關器 - 23 - 第五節 靜態分析3D電力線網路 - 24 - 1. 定義電壓節點位置 - 25 - 2. 劃分區域搜尋法掛電流源以及漏電流源 - 26 - 3. 建構靜態分析矩陣 - 26 - 第六節 整體流程 - 28 - 第五章 實驗結果 - 31 - 第六章 結論 - 42 - 參考文獻 - 42 - 圖 1-1 分散插入式示意圖 - 3 - 圖 1-2網路並聯式示意圖 - 3 - 圖 1-3電源開關器架構型態 - 5 - 圖 2-1 3D電力網路的俯瞰圖 - 11 - 圖 2-2電源開關器擺置範例圖 - 12 - 圖 2-3電源域邊框圖 - 13 - 圖 3-1 MOSFET的I-V特性曲線 - 14 - 圖 3-2電源開關器模型圖 - 15 - 圖 4-1切割並分配電源開關器流程圖 - 17 - 圖 4-2切割分配法示意圖 - 19 - 圖 4-3電源域切割及擺置實現圖 - 24 - 圖 4-4 3D電力網路電壓節點位置圖 - 25 - 圖 4-5電流守恆的等式示意圖 - 27 - 圖 4-6擺置電源開關器演算法流程圖 - 30 - 圖 5-1 Circuit1 IC設計 工業界擺置方法 電壓下降分析圖 - 36 - 圖 5-2 Circuit1 IC設計 電流源的分佈狀況擺置方法 電壓下降分析圖 - 37 - 圖 5-3 Circuit1 IC設計 切割電源域分配擺置方法 電壓下降分析圖 - 38 - 圖 5-4 Circuit2 IC設計 工業界擺置方法 電壓下降分析圖 - 39 - 圖 5-5 Circuit2 IC設計 電流源的分佈狀況擺置方法 電壓下降分析圖 - 40 - 圖 5-6 Circuit2 IC設計 切割電源域分配擺置方法 電壓下降分析圖 - 41 - 表格 5-1電路設計資訊 - 31 - 表格 5-2電源開關器資訊 - 31 - 表格 5-3工業界擺置法實驗結果 - 33 - 表格 5-4使用實際的電源開關器實驗結果比較 - 33 - 表格 5-5創造的電源開關器資訊 - 34 - 表格 5-6使用創造的電源開關器實驗結果比較 - 35 -

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    [14] http://www.synopsys.com/home.aspx
    [15] http://www.globalfoundries.com

    下載圖示 校內:2018-08-06公開
    校外:2018-08-06公開
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