基于28nm GPU芯片低功耗技术研究及其物理实现

发布时间：2017-06-08 16:03

  本文关键词：基于28nm GPU芯片低功耗技术研究及其物理实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着半导体工艺的不断发展,集成电路在性能和可靠性方面得到不断提升,与此同时,各种电子移动设备广泛应用于各个领域,整个系统的复杂度也在不断提高,功耗也随之增加,这些都使得功耗成为芯片设计发展的重要瓶颈之一。本文主要研究一款28nm GPU芯片的低功耗设计方法与物理实现。在保证设计性能的前提下达到降低功耗的目的。首先论文从理论上介绍了功耗的类型及功耗分析的基本概念,包括IR-drop, Ground bounce, EM,讲述了低功耗设计中常用的几种方法：电源门控技术,门控时钟技术,多阈值电压技术和多电源多电压技术。接着重点讲述了这些低功耗技术是如何应用在实际的设计中的。通过对数据流的分析和电源线宽度及间距的估算,得到相对合理的布局和电源规划,在保证电源线充分连接的前提下占用较少的布线资源,为后续的布局布线预留出更加充足的布线资源。门控时钟的插入实现了芯片功耗的动态管理,从而保证低功耗设计的要求。同时利用多阈值单元库对设计进行功耗的优化,大幅降低了芯片的漏电功耗。最后运用功耗分析工具对设计进行功耗及电压降的分析,包括对功耗特性的仿真分析,得到IR-drop的梯度图,同时又对其电源开启时间及过冲电流进行分析,结果表明门控电源网络能够满足安全性、稳定性以及功耗的要求。
【关键词】：低功耗 电源网络 门控时钟 物理实现 功耗分析
【学位授予单位】：中国科学院大学(工程管理与信息技术学院)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN402
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景与意义9-10
• 1.2 课题的研究进展10-13
• 1.3 课题主要研究内容13-15
• 第二章 低功耗设计的基本理论15-31
• 2.1 功耗的类型15-17
• 2.1.1 动态功耗15-16
• 2.1.2 短路功耗16
• 2.1.3 漏电功耗16-17
• 2.2 功耗分析的基本概念17-21
• 2.2.1 IR Drop和Ground Bounce的概念17-19
• 2.2.2 IR-Drop分析对时序的影响19-21
• 2.2.3 电迁移(EM)效应21
• 2.3 低功耗设计的思想及方法21-30
• 2.3.1 门级功耗优化22-23
• 2.3.2 电源门控技术23-25
• 2.3.3 门控时钟技术25-26
• 2.3.4 多阈值电压技术26-27
• 2.3.5 多电源多电压域设计27-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 GPU芯片低功耗设计应用及物理实现31-61
• 3.1 GPU芯片的架构31-33
• 3.2 芯片布局及电源网络规划33-47
• 3.2.1 芯片布局(Floorplan)33-38
• 3.2.2 电源线宽度的估算38-43
• 3.2.3 电源线间距的估算43-47
• 3.3 电源门控及隔离单元的插入47-52
• 3.3.1 电源门控单元的插入及连接47-51
• 3.3.2 隔离单元的插入51-52
• 3.4 低功耗时钟树的综合52-56
• 3.5 多阈值单元的优化56-60
• 3.6 本章小结60-61
• 第四章 GPU芯片的功耗及电源完整性仿真结果分析61-69
• 4.1 功耗及结果分析61-64
• 4.1.1 功耗分析数据准备61-62
• 4.1.2 Voltus功耗分析结果62-64
• 4.2 IR-drop结果及分析64-65
• 4.3 电源开启时间和过冲电流仿真验证65-67
• 4.4 运用低功耗技术节省功耗对比67-68
• 4.5 本章小结68-69
• 第五章 结论与展望69-71
• 参考文献71-73
• 致谢73-75
• 个人简历、在学期间发表的论文与研究成果75

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本文编号：432995