rtl低功耗方法总结

功耗来源=动态功耗+静态功耗

低功耗设计技术：时钟门控、电源关断、多电压供电、多电压阈值、动态调压调频/自适应调压

一、Clock Gating时钟门控：

1、模块级时钟门控

对模块整体进行门控，通过例化门控单元，将空闲模块的时钟关断或者降低时钟工作的频率

2、电路级门控

工具根据rtl自动综合出时钟门控电路

always @ (posedge clk or negedge rst_n) begin
    if(!rst_n)
        q <= 32'b0;
    else
        if(en)
            q <= data_in;
        else
            q <= q;
end

1）如果一个信号的值是Don't care的，那么保持它最后的动态值，而不是强制的使它为1或0

2）如果使能信号的产生逻辑太过复杂，产生逻辑代价大的话加入门控反而会使功耗增加，比如复杂的产生使能信号的逻辑，控制了1bit信号翻转

3）对于大块memory，可以将memory分成多块，用高位地址线进行片选译码，来降低访问功耗；对于支持Power Gating和 Power retention特性的memory，面积会稍大，因根据应用场景和面积成本进行选择

4）操作数隔离

在不进行算术运算的时候，使这些模块的输入保持不变，使得输出结果不会翻转。

5）状态机编码

对于频发切换的相邻状态，尽量采用相邻编码状态机编码，如格雷码，避免频繁迁移的状态间有大量bit翻转

6）降低频繁开关信号的逻辑深度

7）减少毛刺，如：缩短组合逻辑深度

8）无复位寄存器的面积和功耗小于带复位的寄存器

9）在时序允许的前提下，减少寄存器打拍

10）将移位打拍改为乒乓或fifo寄存

二、Power Gating电源关断

芯片中按照功能划分为多个电源域，分别控制断电，从而消除整个被关断模块的功耗。

注意：

Power Gating需要专门的上下电顺序设计，保证系统上电之后能够正常恢复工作；在各模块下电前，需要先用Isolation Cell对输出信号进行隔离，确保供电关闭区域输出信号不被悬空，从而避免了不定态的传播。

三、Multi Add 多电压技术

其基本思想基于系统性能等级要求，可同时节省动态功耗和静态功耗。跨电压域路径时序收到影响，在设计需要考虑时序余量。

这里需要使用特殊的cell：level shifter

它可以在较宽的电压范围内提供可靠的voltage level shift，从而使信号的占空比和延迟受到的影响最小

四、Multi-Vt多电压域技术

在时序紧张的路径上使用Low-Vt或者Normal-Vt的cell，在时序宽松的路径上使用High-V的cell，可以节省功耗

Low-Vt的cell delay小leakage大，High-Vt的cell delay大leakage小

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