数字IC低功耗设计入门（二）——功耗的分析（1））

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前面学习了进行低功耗的目的个功耗的构成，今天就来分享一下功耗的分析。由于是面向数字IC前端设计的学习，所以这里的功耗分析是基于DC中的power compiler工具；更精确的功耗分析可以采用PT，关于PT的功耗分析可以查阅其他资料，这里不涉及使用PT的进行功耗分析。
　　(1)功耗分析与流程概述
　　上一个小节中讲解了功耗的构成，并且结合工艺库进行简要地介绍了功耗的计算。但是实际上，我们根本不可能人工地计算实际的大规模集成电路的功耗，我们往往借助EDA工具帮我们分析电路的功耗。这里我们就介绍一下EDA工具分析功耗的(普遍)流程，然后下一小节我们将介绍低功耗电路的设计和优化。
①功耗分析流程的输入输出
   功耗分析的流程(从输入输出关系看)如下所示:
　　　　　　　　　　
上面的图中，需要四种东西:
　　·tech library:这个就是包含功耗信息的工艺库了，比较精确的库里面还应该包含状态路径(SDPD)信息，代工厂提供。
　　·netlist:设计的门级网表电路，可以通过DC综合得到。
　　·parasitic:设计中连线等寄生参数，比如寄生电容、寄生电阻，这个一般是后端RC寄生参数工具提供，简单的功耗分析可以不需要这个文件。
　　·switch activity:包含设计中每个节点的开关行为情况，比如说节点的翻转率或者可以计算出节点翻转率的文件。这个开关行为输入文件是很重要的。这个开关行为可以有不同的形式提供，因此就有后面不同的分析功耗的方法。
（注意，不管使用什么方法进行功耗分析，功耗分析的时候，输入设计文件的都是门级网表文件）


②开关行为的一些概念
  说到开关行为，我们前面的翻转率也是一种开关行为。此外我们还有其他关于开关行为描述的概念，这里我们通过举例说明，如下图所示:
　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　·翻转(次)数:逻辑变化的次数，上图中信号的翻转数为3.
　　·翻转率:前面也有相关介绍，这里重提一下，翻转率是单位时间内信号(包括时钟、数据等等信号)的翻转次数。上图中翻转率为3/6 = 0.5(6个时间间隔内，翻转了3次)
　　·T1,T0节点)信号的逻辑值为1和0的持续时间，上图中T1为4，T0为2。
　　·静态概率(static  probability ，SP)节点)信号逻辑值为1的概率，上图中的SP为4/6=2/3。


③开关行为(文件)情况表示
前面我们说到了功耗的分析需要开关行为的情况，一般就是指每个节点的翻转率情况，我们有下面方式设置翻转率:
  ·直接命令进行:例如命令:
　　set_switching_activity  -static   0.2   -toggle_rate   20 -period  1000 [all_inputs]
这时，翻转率设置的节点是输入，响应的翻转率为:Tr = 20/1000 = 0.02GHz
  ·SAIF文件:即switching activity interchange format，开关行为内部交换格式文件，用于仿真器和功耗分析之间交换信息的ASCII文件(美国标准信息交换码文件)。
  ·VCD文件，即value change dump 文件，它也是一个ASCII文件，文件中包括了一个设计中所选择变量值的变化信息，这些信息通过在仿真testbench中使用“VCD系统函数”得到。
  在Synopsys的低功耗设计流程里面，可以使用power compiler（包含在design compiler中）进行功耗分析。我们可以通过命令来定义节点的翻转率的方法来分析功耗----称为无向量(vector-free)分析法;由于SAIF文件和VCD文件可以通过对电路仿真得到，它们是仿真接口格式文件，因此也可以通过VCS仿真器产生SAIF或者VCD文件的方法分析功耗。当要分析的结果比较精确时，一般使用SAIF文件或者VCD文件（VCD文件通过相关命令转换成SAIF文件，而后使用SAIF进行功耗分析）。