晶片制程解决方案一步到位低功耗设计挑战迎刃而解

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1、晶片制程解决方案一步到位低功耗设计挑战迎刃而解随著可携式装置功能发展渐趋多元，对于低功耗的需求也将更加迫切，此须于晶片设计架构初期及早规画；而另一大省能方案，则是采用硬体多核心架构的多媒体应用处理器，在产业界的趋势正在快速成形。随著节能话题持续延烧，嵌入式市场也掀起低功耗的风潮，尤其可携式嵌入式系统产品如手机、个人数位助理(PDA)、全球卫星定位系统(GPS)、可携式多媒体播放器(PMP)、笔记型电脑(NB)等为延长使用时间，对于缩减电力损耗的要求将更加殷切，有鉴于此，从系统单晶片(SoC)架构开发初期，即须将低功耗的设计考量进去，将使晶片开发相较于过

2、去更显艰钜。对此，SoC设计服务商已研拟出相对应的低功耗解决方案，提供晶片设计业者从晶片开发初期的电晶体层面(TransistorLevel)，到矽智财(IP)层面、电路层面、晶片层面乃至于到系统层面完整技术支援，除了可达成降低功耗之外，藉此亦可降低开发复杂度，以加快产品上市时程，并且能减少开发时的风险。晶片架构主掌低功耗成败藉方法论进行效能优化图1智原科技IP业务暨亚洲ASIC业务副总经理王心石认为，随著先进奈米制程的演进，电源开关技术效能更显重要，智原拥有此技术发展的多年经验。智原科技IP业务暨亚洲ASIC业务副总经理王心石(图1)表示，要达成降低

3、功耗的目的，从晶片设计架构端已决定80%的效能，剩余20%则透过后端的晶片实作阶段进行强化。为此，目前SoC设计服务商也各自开发出针对低功耗设计的基本元件，如元件函式库(CellLibrary)、记忆体编译器(MemoryCompiler)、IP层级的各种低耗电IP设计、低耗电设计方法论、系统层级的低耗电架构设计以及平台等完整方案，协助客户在规画SoC架构时，即能采用众多低功耗技术，以提高低功耗性能。智原自一年多前即提出一套方法论--系统单晶片编译器，缩短过去须耗费半年才能完成的开发过程，而以此套方法论即可于几星期内达成。此外，王心石指出，电脑辅助设计

4、(CAD)与购买开发工具为智原科技技术投资比重最大的两项，所研发出的方法论正是智原赖以生存的核心优势，当中，CAD主要提供客户在开发初期，透过此系统得以评估采用何种设计方案可达最佳低功耗效能，以进一步降低开发成本与风。目前新竹总公司的CAD人员已近百位。图2创意电子研发工程处技术整合与服务部副处长赵克中指出，先进奈米制程投入的风险大，为此晶片设计业者选择在先进制程技术成熟的SoC设计服务更显重要。创意电子研发工程处技术整合与服务部副处长赵克中(图2)指出，低功耗设计从IP设计、系统整合、后端制造以至于测试环环相接，创意电子亦从设计阶段，即开始协助客户完

5、成如时脉闸(ClockGating)、以及区分不同电压岛(VoltageIsland)等技术支援，此外，针对更新进的65奈米制程，与国内台积电合作关系紧密，可以提供客户朝65奈米制程发展所需更成熟的技术支援。一直以来，虹晶科技强调的是平台服务概念，即从IP、晶片直至系统整合等服务一应俱全，虹晶科技系统晶片事业群执行副总经理李宗谊(图3)谈到，虹晶补足客户对于SoC整合能力的不足，藉此以协助客户产品能快速进入市场。而除了掌握SoC设计架构初期的关键阶段，在晶片实作过程中亦须持续加强剩余20%的低功耗特性。现阶段SoC设计服务在后端晶片实现端，主要是提供多

6、电源供应与电源管理单元(PMU)技术协助客户降低SoC功耗。电压分类/PMU技术达成降低SoC功耗目标图3虹晶科技系统晶片事业群执行副总经理李宗谊表示，低功耗的设计要从架构与晶片实现方面著手，前端架构决定50%以上的成败。随著晶片制程由微米朝向更先进的奈米方向演进，功耗也愈降愈低，如0.13微米制程的功率为1.2伏特；进入90奈米制程达1伏特，相较于0.13微米制程有效节省44%功率消耗。惟因电子元件特性影响，进入至90奈米制程之后，晶片功率仍维持在1伏特，在功率无法调降的情况下，制程的微缩对于降低功耗已无太大助益，此时，对于低功耗技术的需求将更加殷切

7、。欲探讨降低SoC功耗的方案，可从电力运作与待机两大项观之。以运作状态而言，目前SoC设计服务商的作法是透过将SoC内部电压切割成几大区块后，依据个别的功能需求提供不同电压，并将毋须使用到的功能暂时关闭，藉此达到低功耗的目的，此电压分类区块称为电压岛，或功率区域(PowerDomain)。而为能在同一制程下，达成电压岛在相同频率、不同运作电压时可各自实现功能，为此，须藉由使用标准函式库提供者(StandardCellLibraryVendor)，发展出新的功率电路元件，如隔离单元(IsolationCell)、电平位移器单元(LevelShiftCel

8、l)、持续启用单元(AlwaysOnCell)、保持先进先出(RetentionFIFO)等，