片上系統(tǒng)（SoC）的低功耗設(shè)計方法這幾年已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化。從簡單的時鐘門控和電壓調(diào)節(jié)，到今天復(fù)雜多樣的策略和工具，SoC的能效得到了全方位提升。

最早的時候，半導(dǎo)體行業(yè)主要依靠SPICE（一種電路仿真器）來評估晶體管級的功耗。SPICE的能力和速度有限，遠遠稱不上完美，但卻是當(dāng)時最好用的工具。后來，SPICE逐漸從一個包羅萬象的電路仿真器，發(fā)展成為了功耗庫特征分析的推動因素，也促成了高精度門級功耗分析技術(shù)的實現(xiàn)。

后來，門級工具成為主導(dǎo)。門級工具以功耗庫特征分析為基礎(chǔ)，引入了新的抽象層次，再演化到寄存器傳輸級（RTL）工具、系統(tǒng)級方法，如今已進入硬件加速功耗剖析領(lǐng)域。從SPICE到門級工具的轉(zhuǎn)變標(biāo)志著一個重大的變革。有趣的是，這一工具的發(fā)展路徑和前文提到的其他工具不完全相同。抽象層次越高，就越有可能降低功耗，但其準(zhǔn)確性也會降低。隨著設(shè)計階段的不斷深入，分析的準(zhǔn)確性會逐漸提高，但設(shè)計的靈活性卻會降低。

當(dāng)今，物聯(lián)網(wǎng)、移動設(shè)備、汽車和數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域的飛速發(fā)展給芯片開發(fā)者帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。他們必須在保持性能不受影響的前提下，優(yōu)先提高能效，在RTL及更高的抽象層次上實現(xiàn)準(zhǔn)確性。例如，在硬件加速過程中使用真實的工作負載信息而不是綜合矢量，可以得到更貼合實際的功耗曲線評估結(jié)果。這考慮了芯片設(shè)計在實際應(yīng)用中的表現(xiàn)，讓開發(fā)者可以切實了解數(shù)十億個時鐘周期的功耗。這種變化不僅代表了技術(shù)的進步，更說明在當(dāng)今社會，功耗優(yōu)化已經(jīng)成為SoC設(shè)計成功與否的關(guān)鍵因素。

SoC低功耗設(shè)計領(lǐng)域囊括了電路級優(yōu)化到系統(tǒng)級電源管理技術(shù)等多學(xué)科方法，目前已經(jīng)取得了顯著進展。此外，使用機器學(xué)習(xí)算法進行預(yù)測性電源管理，并搭配使用實時功耗剖析工具和綜合仿真平臺，已成為了標(biāo)準(zhǔn)的實踐方式。專用于低功耗運行的硬件加速器在集成度上不斷提高，也標(biāo)志著一項重大進展。各行各業(yè)對提高能效的迫切需求推動著這些技術(shù)不斷發(fā)展進步。

未來，低功耗設(shè)計需要在更高的抽象層次上實現(xiàn)更高的精度。這就涉及到為IP模塊、處理器內(nèi)核、硬件加速器等開發(fā)更高級的模型。為此，業(yè)界正在積極創(chuàng)建模型結(jié)構(gòu)、了解功耗依賴關(guān)系，并尋找處理大量工作負載數(shù)據(jù)的方法。

盡管我們已經(jīng)取得了低功耗設(shè)計的巨大進步，但挑戰(zhàn)依舊重重：如何在所有設(shè)計階段都達到最高精度？答案就是，我們需要不斷地優(yōu)化工具和方法，從而滿足日益提升的高能效設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

用高能效SoC建設(shè)節(jié)能未來

新思科技提供軟件驅(qū)動的低功耗探索、分析和優(yōu)化技術(shù)，能夠應(yīng)用于整個芯片設(shè)計周期。相關(guān)解決方案以業(yè)界知名的產(chǎn)品為基礎(chǔ)，適用于設(shè)計流程的每個階段，包括從架構(gòu)探索到功耗硬件加速、初始的RTL開發(fā)階段到后面RTL逐漸成熟的階段、RTL-to-GDSII實現(xiàn)、自動測試向量生成和功耗簽核等階段。

從基本工具到復(fù)雜的硬件加速解決方案，低功耗設(shè)計方法已經(jīng)取得了令人矚目的飛躍。在當(dāng)今能源效率至上的時代，對低功耗技術(shù)的需求正在迅速增長。未來，低功耗技術(shù)將持續(xù)演進，半導(dǎo)體領(lǐng)域也將持續(xù)發(fā)展創(chuàng)新，迎接更可持續(xù)的未來。

審核編輯：劉清