32位MIPS微處理器低功耗物理設(shè)計(jì)的研究.pdf

1、目前，集成電路工藝進(jìn)入納米級(jí)設(shè)計(jì)階段，一些巨大規(guī)模的芯片集成度已高達(dá)上千億門。同時(shí)，伴隨著晶體管的特征尺寸不斷縮小，其泄漏電流所引起的靜態(tài)功耗急劇上升?；谝陨蟽煞矫娴脑?，功耗在芯片設(shè)計(jì)中受到越來(lái)越多的重視。由于低功耗技術(shù)在芯片物理設(shè)計(jì)中的實(shí)現(xiàn)是芯片功耗設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵，因此，對(duì)芯片物理設(shè)計(jì)的低功耗技術(shù)進(jìn)行研究具有重要意義。
　　本文在分析低功耗物理設(shè)計(jì)所面臨的挑戰(zhàn)、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、集成電路的功耗構(gòu)成及原理的基礎(chǔ)上，對(duì)可降低功耗的門

2、控技術(shù)、多電壓域技術(shù)、多閾值電壓技術(shù)等降低功耗的技術(shù)進(jìn)行了研究，并將其應(yīng)用于32位MIPS微處理器的物理設(shè)計(jì)中。
　　論文首先針對(duì)MIPS微處理器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，根據(jù)其性能參數(shù)要求，對(duì)各模塊的最低工作電壓域進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上，在SMIC0130nm標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝條件下，采用synopsys公司的Design Compile工具完成了門控時(shí)鐘的插入；通過(guò)多電源電壓域的創(chuàng)建、電平轉(zhuǎn)換器的插入、電平轉(zhuǎn)換器的電源線的連接、電源開(kāi)關(guān)單元的

3、插入和隔離單元的插入等方法完成了多電壓域的設(shè)計(jì)；通過(guò)混合高低閾值電壓庫(kù)替換的方法完成了多閾值電壓技術(shù)的設(shè)計(jì)。
　　論文研究的32位MIPS微處理器芯片共有約10萬(wàn)門、9758個(gè)寄存器，芯片面積為900*900μm2，目標(biāo)工作頻率為250MHZ，目標(biāo)功耗為40mW。在本文中，利用PTPX工具，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行了總功耗和功耗完整性的分析，分析結(jié)果表明，在滿足時(shí)序的前提下，經(jīng)過(guò)多重低功耗技術(shù)，芯片的功耗降低到35.8359mW，滿足芯片目標(biāo)功