基于自适应门控时钟的CPU功耗优化和VLSI设计

作     者：卜爱国 余翩翩 吴建兵 单伟伟 Bu Aiguo;Yu Pianpian;Wu Jianbing;Shan Weiwei

作者机构：东南大学国家专用集成电路系统工程研究中心南京210096 

出 版 物：《东南大学学报（自然科学版）》 (Journal of Southeast University：Natural Science Edition)

年 卷 期：2015年第45卷第2期

页      面：219-223页

核心收录：

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

基　　金：江苏省"青蓝工程"资助项目 

主　　题：低功耗 自适应时钟门控 流水线阻塞 

摘      要：提出了一种CPU的功耗优化方法,即通过自适应时钟门控来解决CPU中由于流水线阻塞、浮点处理器（FPU）和多媒体协处理器空闲所导致的动态功耗浪费.首先,设计了模块级自适应时钟门控单元,并通过芯片内部硬件电路来自动监测上述模块是否空闲,模块空闲时时钟关闭,从而消除了不需要的时钟翻转带来的模块内部动态功耗消耗.然后,将自适应时钟门控单元应用于国产处理器Unicore-2中,对其流水线阻塞、FPU和多媒体协处理器空闲的产生进行功耗优化.最后,基于TSMC 65 nm工艺下已流片芯片的网表和寄生参数文件,通过反标芯片的波形获得电路翻转率,并用Prime Time PX工具进行了功耗仿真.仿真结果表明,利用本方法运行Dhrystone,Whestone和Stream三个典型测试程序时可获得18%-28%的功耗收益,其面积代价可以忽略,并对CPU性能没有影响.