五大技术降低未来IC功耗

五大技术降低未来IC功耗

智能调节功能

       一般来说，供电电压和时脉速度越低，功耗就越低。然而性能也受到影响。因此，最新的微控制器和SoC开始寻求运用智能电源管理单元，自动调整工作电压与时脉速度来搭配工作负载。

       “电源管理的基本思路是单独立地调整芯片不同部份的供电电压和时脉速度，以便在任何特定时间点都能匹配其工作负载，同时关闭未使用的电路。”即将接任SiliconLaboratories公司CEO的TysonTuttle表示。

       电源管理单元通常以状态机模组的方式建置，能够选择性地降低非关键功能的电压和时脉速度。但随着半导体节点变得更先进，芯片中填入更多的电晶体，一种所谓「暗场硅晶」（darksilicon）的概念──大部份的芯片在需要使用以前均处于断电状态──这或许会是未来半导体的先驱设计理念。

       “在未来更先进的制程节点，如22nm，SoC将整合进更多能同时导通的电晶体。”Rambus公司CTOElyTsern表示，“暗硅的概念就是在芯片上制作许多特殊用途的功能，但在任何时刻都只启动所需的功能，让其它功能则保持黑暗的断电状态，什么事也不做。”
       
       英特尔在芯片电源管理方面处于领先地位，能够随时时详细地监视核心的温度，允许透过提升时脉（turbo模式）以提高性能或降低速度来节省功耗。
       

                
图3：英特尔的turbo模式可在高负载期间提升时脉以增加速度，并监控核心温度，在开始过热时逐渐降低时脉速度。来源：英特尔

       但并不是所有的电源管理功能都能十分经济地移植到芯片上。事实上，最智能化的电源管理方案是在芯片上和外部电源管理单元之间划分任务。“针对外部电源管理存在经常性的需求，因为从功率密度来说，能够加进芯片上的内容是有限的。”Enpirion公司CTO兼共同创办人AshrafLotfi表示。

       Enpirion公司专门生产独立式电源管理单元，这些电源管理单元能从处理器接收命令，例如当处理器进入睡眠模式时降低处理器的电压，当处理器被唤醒时再迅速恢復电压。