龙芯1D Power Switch Network的物理实现与优化

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低功耗设计是近年来VLSI设计关注的主要问题之一。随着晶体管阈值电压的降低,静态功耗占据了越来越多的比例。电源门控技术(Power Gating)通过在顶层电源地网络和区域电源地网络之间插入开关单元(Switch Cell),当电路处于睡眠状态时切断供电,有效地减小了芯片睡眠状态下的静态功耗。电源开关网络(Power Switch Network)是电源门控实现的关键,由顶层电源地网络、开关单元以及区域电源地网络组成。  龙芯1D是一款测量用SoC,采用130nm工艺,正常工作电压为1.8V,在芯片设计中采用电源门控技术控制其静态功耗。芯片整体共分为四个电压域,包含一个常开域和三个关断域,各个域工作时电压相同。  本文完成了龙芯1D电源开关网络的物理设计与实现,满足开启状态下IR drop和开启过程中唤醒时间的设计要求。整体使用工艺厂商提供的header switch cell,一般门电路区域采用分布式排列,宏单元(Macro)采用环形排列,单链式串联开启。如果对唤醒速度有更高的要求,现有的开启方式还存在着优化的空间。在原设计基础上,本文实现了1D CPU域电源开关网络的分组开启,进一步缩短了开启延时(约为原有开启时间的44%),同时保证了开启过程中的电流低于25mA。
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