低功耗设计chpt1new

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1、低功耗电路设计任俊彦jyren@fudan.edu.cn2014年3月11日1课程内容低功耗设计简介基于仿真的功耗分析基于概率的功耗分析电路级低功耗技术逻辑级低功耗技术特殊低功耗技术系统级低功耗技术高级低功耗技术2014年3月11日2第一章：低功耗设计简介任俊彦2014年3月11日3介绍内容低功耗VLSI芯片需求CMOS芯片功耗来源电容充放电短路电流漏电流/静态电流低功耗设计原则减小信号幅度降低信号频率减小电容减小漏电流和静态电流低功耗性能优劣的衡量2014年3月11日4低功耗VLSI需求微电子技术：缓解了功耗瓶颈晶体管：几伏电压，几毫瓦功耗真

2、空管：几百伏（阳极电压），数瓦功耗CMOS工艺～1990，关注性能和面积功耗尚未遇到瓶颈1990～，关注功耗高性能CPU、SoC、便携式应用、…低功耗问题的提出技术角度：工艺技术政治角度：环境市场角度：应用2014年3月11日5低功耗VLSI的驱动力技术驱动：Moore定律工艺发展集成度的改善功耗增加集成更多、更快、更小的器件芯片工作频率、数据处理能力增长政治驱动：环境保护办公自动化设备能耗逐年增加增加发电污染市场驱动：成本便携式系统的电池问题高性能CPU：功耗数十瓦~电烙铁封装/冷却：散热风扇增加成本和体积设计挑战：电源、数字噪声

3、3.3V/10W3A平均电流，瞬时电流数倍于平均电流2014年3月11日6低功耗需求案例1个人移动多媒体终端Mobilecomputingdevices(Devices/person~1)Handheldpersonaldevices(Devices/person>1)“Embedded”ubiquitousdevicesCapabilities,Performance(Devices/person>>1)Size,PowerConsumption,Cost2014年3月11日7低功耗需求案例2环境保护办公自动化的功耗：2000年为10%En

4、ergyStar计划美国环境保护署和能源部的合作计划，旨在通过使用高能效产品，节省费用、保护环境2008年通过该计划，美国人节省的温室气体排放～2900万辆汽车，节省的公共事业费开支～190亿美元2014年3月11日8英特尔CPU发展史4004微处理器（1971）第一颗微处理器（Hoff）工艺：10μmPMOS集成度：2250只晶体管封装：16脚DIP数据位宽：4bit指令；45条时钟：108-740kHz5万条/秒～ENIAC应用：Busicom计算器单价：200美元2014年3月11日9英特尔CPU发展史8008微处理器（1972）工艺：1

5、0μm增强PMOS集成度：3500只晶体管封装：18脚DIP数据位宽：8bit指令：48条Datapoint公司时钟：0.5～0.8MHz应用：Mark-8家用计算机2014年3月11日10英特尔CPU发展史8080微处理器（1974）工艺：6μm增强NMOS集成度：6000只晶体管封装：40脚DIP数据位宽：8bit指令：兼容8008时钟：2MHz0.64MIPS应用：个人计算机Altair2014年3月11日11英特尔CPU发展史8086-8088微处理器（1978）第一款x86设计工艺：3.2μm耗尽NMOS集成度：29000只晶体管封装

6、：40脚DIP数据位宽：16bit时钟：5/8/10MHz0.29MIPS应用：IBM个人计算机2014年3月11日12英特尔CPU发展史80286微处理器（1982）工艺：1.5μmCMOS集成度：14.3万只晶体管封装：68脚LCC和PGA数据位宽：16bit时钟：6/8/10/12.5MHz1~2MIPs应用：1500万台康柏电脑2014年3月11日13英特尔CPU发展史80386微处理器（1985）第一代32位处理器工艺：1μmCMOS集成度：27.5万只晶体管封装：132脚PGA数据位宽：32bit时钟：12.5/20/25/33/4

7、0MHz6~12MIPs2014年3月11日14英特尔CPU发展史80486微处理器（1989）工艺：0.8μmCMOS集成度：125万只晶体管封装：168脚PGA数据位宽：32bit指令集浮点运算时钟：25/33/40/50/100MHz20~40MIPs倍频2014年3月11日15英特尔CPU发展史Pentium（1993/3/22）工艺：0.5μmCMOS集成度：310万个晶体管封装：296脚PGA指令：MMX多媒体增强时钟：50MHz-200MHz2014年3月11日16英特尔CPU发展史PentiumII（1997）工艺：0.35μm

8、/2.8VCMOS集成度：750万个晶体管封装：单边接触卡盒Slot1Celeron去除L2缓存时钟：233-450MHz2014年3月11日17英特