白山头 · 2020年11月18日

为什么需要对芯片的leakage功耗特别关注?

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power 组成

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power组成由dynamic power和leakage power组成。leakage power是指的电路在没有跳变时所产生的功耗。dynamic power则是指电路在跳变时产生的功耗。因为电路在跳变时其实也有一部分漏电,所以通常dynamic power指的是跳变时的总功耗减去leakage power。

dynamic power又是由internal power和swiching power所组成。以inverter为例,internal power指的是电路跳变,nmos和pmos同时导通的瞬间所消耗的电流所消耗电能。swiching power指的是对负载进行充放电所消耗的电能。

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电路示例

internal power

当一个简单的cell的transition time非常长时,它的短路时间会变长,从而显著增加internal power。
而对于一个复杂的cell,它的internal power有可能主要组成部分是对内部电容的充放电所组成。

switching power

switching power是由于电路对负载的充放电引起。同时负载会导致transition time的增加,从而影响internal power的增加。

leakage power

由于leakage power指的是电路没有跳变时电路的功耗,所以它与其他功耗的本质不同是,它和频率无关。

为什么leakage power如此重要

回答问题之前,试想一下,当一个芯片温度过高时,我们应该采取什么措施?断电可能导致信息的损失,更合理的措施是降频,而降频的动作可以由控制系统自动完成。

但是,如果芯片的leakage功耗占比过高,比如30%,会发生什么情况?
答案是芯片可能会烧掉。

leakage不同于dynamic power,它与频率无关,所以降频对leakge power没有任何影响。

同时leakage与温度可成指数关系,当温度越高时,温度的影响越大。某些工艺下,90升至100度变化时,leakage可成十倍以上关系,leakage的暴增,导致温度进一步升高。形成恶性循环,直至芯片功能失效或烧毁。

这就是leakage power的可怕之处,也就是为什么我们需要非常谨慎的使用LVT ULVT,关注LVT比例。我在这里的建议是leakage功耗尽量控制在总功耗的15%以下(85°c)。

作者:白山头
来源:https://mp.weixin.qq.com/s/Do...
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