توان

صفحه 1:


صفحه 2:
CMOS 0 ‏لح‎ DESIGN ارائه دهنده: فیروز همتی استاد راهنما: آقای دکتر نجفی آقدم 00000 دانشكاه صنعتى سهند تبريز ‎A jy‏ 

صفحه 3:
0 سسسب 13س ‎bey ds‏ وس توا ايستا ‎em‏ ‏بمينه سازى تافير- انرژی .م معمارن هان توان ياييل . ‎oa a eo wo‏ ‎ ‎ 

صفحه 4:
د توانا زیک منیع ولا متصل به پا ‎OOO (Gla ayly b) ay‏ كشيده مى شود. ل توان لحظه ا: gpl O ۵ توان متوسط؛ ۵ وامد توان. وات (0) وامد انرژی: ژول (1) یا توان-ساعت 

صفحه 5:
نوان در المان های مداری 

صفحه 6:
- انرزى ذفيره شده در فازن: - انرژی کشیده شده از منبع ولتاژ - نصف انرژی در فازق ذفیره شده و نصف دیگر انرژی در 0۸05 مصرف می شود. ها فروبی‌واروگردرمل‌تول: . 1-0 > عرولا 01 < م۷ — انرژی ذفیره شده در فازن, در ۱۸۱05 مصرف می شود 

صفحه 7:


صفحه 8:
شکل موج های سوئیچینگ وارونگر ‎fio A‏ مهم 011 0 دع , 8" 0600 د يك , © 0.6 دوي ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 

صفحه 9:
1 هو )رون 7 1 ‎é‏ 3 )رن عاد 0 ما ‎aa TE,,CV pp]‏ ‎=CVpp' bu‏ 

صفحه 10:
۵ فركانس كلاك سیستم ۶ ۵ اگر زه < يري كه درآن ه حضريب فعاليت - » -امتمال گذر گره مدر از صفر به یک - ضریب فعالیت کلاک برابر یک - اكر سيكنال در هر كلاى يكبار سوئيع كند انكاه. 0.5 - ه ه ‎bg digs.‏ اللا ‎Deering =8CV pp £‏ 

صفحه 11:
غواهل مضرق توان Ratioed circuits :x 

صفحه 12:
عوامل مصرف توان لل تک ۳ توق بويا مره جر < - سوئیچینگ فازن بار - جريان اتصال كوتاه ‎Qa‏ توان ایستا: وعدا اه ‎(Mya F Vas‏ یی - جريان نشت زير استانه - مريان نشتى كيت - جريان نشتى بيوندها با بدنه 

صفحه 13:
تراشه ديجيبتالى با يك ميليارد ترائزيستو - ۵۰ میلیون ترانزیستور مورد استفاده در گیت های منطقى * عرض متوسط ترانزيستورها: ‏ ۱۵ بر * ضریب فعالیت گیت های منطقی: | - ۹۵۰ میلیون ترانزیستور مورد استفاده در آرایه مافظه * عرض متوسط ترنزیستورهاء 2.۴ * ضريب فعاليت: ‎oa‏ ‏ولت تكنولون: ع نانومترى طول كنال ‎4٠‏ 25 > 2 - فازن كيت حر/" 2 فازن نفوذد(ء ۳/۲ - سوال: توان سوئیچینگ در فركانس كارى ‎١‏ كيكا مرتزى؟ - ازفازن سيم و جريان اتصال كوتاه صرف نظر كنيد 

صفحه 14:
Gogo =( 5010") (124) (0.025um/ A) )181۳ | wm) =27 nF Cram =( 950X10°) (44) ( 0.025,em/ 2) (1.87 / um =171 nF ‏موم016 | مس‎ + 0026|) 1.0)°(1.0 GHz) =6.1 W ‎f‏ ور 0 وج ‎ ‎ 

صفحه 15:
کاهش توان دینامیک a ‎gold Gly gis ۵2‏ - ضريب فعاليت - فازن - منبع ولتاز ‏- فركانس كار ‎ ‎ 

صفحه 16:
لا ,0*6 <به ل دده های کاملا تصاافی داراى 0.5 < 0 ودر نتيجه ©©.0 -» 1 اغلب داده ها کاملا تطلافی نیستند. - براى مثال بيت هاى ارزش بالای یک عدد ۶۴ بیتی که نشان دهنده مقدار پول موجود در مساب بانکی شماست در بیشتر موارد صفر می باشند. ‎A‏ کیت های 900)ما و ‎WOR‏ داراى ضریب فعالیت کمتری مستند. - بستكى به طرامئ دارد اما مدوداًٌ 0.0 - به 

صفحه 17:
P4PpPo 1- ‏وطرظ‎ ‎1 - ‏وطرط‎ ‎P,Pp ‎P4Pp+ PyPp بر اساس تابعى از امتمال ورودئ Gate AND2 AND3 OR2 NAND2 NOR2 XOR2 

صفحه 18:
۳ 0 00 ار 1-1 IPP BP BP Pas 

صفحه 19:
9 بيترين روش براى كاهش ضريب فعاليت: فاموش کردق بلوک های بیکار با قطع ‎SWS‏ ‏- ضريب فعاليت براى كلاكى (0 > ‎(a‏ ‏- نياز به برنامه ريزى داريم اكر بلوك هاي مورد استفاده باشد. 

صفحه 20:
د كليح ها عامل مرف توان اضافی سیستم 

صفحه 21:
2 4 22 

صفحه 22:
تعیین اندازه گیت ها 0 هدفه مصالمه بین مصرف انرژ) و ‎wali iho‏ ienodes jefesoue(i) Be Baltes 2 ‏ره‎ 2 a;x,4; Cy Energy = 30’ 2 ‏+موبعك‎ 5 ox] جح 0 29132 - ‏منمنى مصالعه انع‎ aM) ‘do ۳ =87/1024 Golo) pals ‘min = 23.447 > 50t غرض. امتمال های وروی ۰۵ 

صفحه 23:
تعیین اندازه گیت ها 3 goo) O 2 2x3 +Zx,) = 29/32 =87/1024 10 20 30 40 

صفحه 24:
۵ تقسیم بندی تراشه به چندین موزه ولتازن atom 

صفحه 25:
Vooy Cluster مقیاسی بندی خوشه ای ولتاژ ‎Clustered voltage scaling‏ 

صفحه 26:
(DVS) jWy who ‏تغییر مقیاس‎ حب روزلا fils US aly Uy بار كاري Les ‏نتم‎ سیستم تغییر مقیاس پویای ولتاز ‎Dynamic Voltage Scaling (DVS)‏ 

صفحه 27:
۵ يك تراشه نبايد سريع تر از آنهه مورد نياز است اجرا شود. ora ‏كامش‎ cn ‏امش اندازه ترانزيستور: فركانس كامش ولتاز منبع تغذيه‎ ‏توان‎ 3 ibe ‎Le‏ زتوازی فركانس ‎ ‎ ‎ ‎ ‏معمولا واسط كذركاه ریزپردزنده 7( كتدتر از مسته مركزى استفاده از چندین فر کانس کاری ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 

صفحه 28:
جریان اتصال کوتاه 2 _هنکامی كه مر دو شبكه بالابر و بايين بر جصورت بزئی روشن هستند. ۵ مقدارش کمتر از درصد توان کل مي باشد. ازائر اين قسعت صرف نظر ميكنيم, 

صفحه 29:
مفيد براى مدارات فركانس ثابت ‎silo‏ کلاک ها ‎A‏ نقش درايو كننده: جبران تلفات مقاومتی 8 با ‎Rina‏ باه ‎VV‏ 0۳۳ Racck 1 © 2 6 شبکه کللاک تشدید شده ۵2 _عیوب, ۱- بازه ممدود فرکانس های کاری ۲- دشواری سا ۳ - فروبی سینوسی ‎SWS‏ a 1 fe بر 22 افت يك سلف با كيفيت بالا » Resonant 

صفحه 30:
ويك ‎ge‏ + )یره آامایگزینی فرآیند 00006۵ بهای فرآیند ۱006 - مريان رقابتى صفر در فرآیند ۲۱6۱62۵ ‎quail,‏ 231 باياس معكوس ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 

صفحه 31:
جریان نشتی زیر آستانه اگر مه 90 < یره 2 Ty ~Igl0 > 90 > 0, 0, < ‏برین‌زیکستانه دز رم2)‎ Lop sip} cad ۳ 65 ‏مقادیر نوعی در تکنولوژی‎ ‘gp = OO wlio @ O,= 0.90 Ap = dD ‏م0۵‎ 0 1p Edw @O,=0OSO 

صفحه 32:
‎A‏ سری شدن پندین ترانزیستور .کش جریان نشتی زیرآستانه - © < ,0, بس 0, ©00منفئلست ‎ ‎1 ‎ ‎ 

صفحه 33:
0 وابستگی @ ‎Vos 9 toe‏ - قابل اغماض در فرايندماى قدیمی ل جريان نشتى كيت 05/ممدود ‎(si02) nMOS jl jioS palp le‏ Yoo ‏وول‎ ‎N2 N2 N1 (a) Gate leakage in series stack 

صفحه 34:
۱ 4, = O1,, = 0.9 »© a : an, = OB WP yp, 2 99 ۰0 Tnput State (ABC) ۳۹ ۷ Vy (000 04 | stackeffect stack effect 001 07 | stackeffect ‏وول‎ - 20 | intermediate intermediate 38 | ۷۵۵-۷ ۷۵۵-۷ 7 ‘stack effect 0 0 Vop - ۰ 0 3 0 3 مسح سس سو 

صفحه 35:
۵ از طریق پیوند معکوس ‎P-N‏ ‏— افتلاف بین ولتاژ سورس یا درین با ولتاژ بدنه ۵ جریان نشتی دیودها در مالت عادی قابل اغماض است. ‎QO‏ (۲8۲ظ) وطااعطصنا 58200-10-0200باعث اثر نشتی شود ‎Typ Ver -‏ = نزدیک جریان نشتی زیر استانه Vab = Vp Gl)! a ‏بیشینه‎ - Gate-induced drain leakage (GIDL) :Culc a yyuiti O ‏(یا مقادیر منفی)‎ Vag < ‏بدترین مالت آن وو۷-‎ - مد جریان رقاجتی در مدارات 6۱05 ایستا برابر صفر است چرا که فقط یکی از شبکه ها در مالت پایدر روشن فواهد بهد. 

صفحه 36:
تخمین ‎oleh‏ ايستا > مثال انم ايستا براى تراشه اى با يك ميليار' 9 - ۵۰ میلیون ترانزیستور مورد استفاده در كيت هاى منطقى - عرض متوسط ترانزيستورهاء ا .2 زيستور مورد استفاده در آرايه مافظه- ‏ عرض متوسط ‎doy‏ عا .23 ول تكنولوق: مء نانومتن طول كاذل ‎9٠‏ 25 = سم - جريان نشتى زيراستانه ۰ ,0نرملل ‎|٠6‏ لا 0بزرك 9/۰ * تمام ترانزيستور هاى حافظه و 46 درصد ترانزيستورهاى منطقى با ولتاز آستانه بالا ‎Orb Galo) aiid Go pL‏ ترمال ‎Go JT‏ کنند) - جريان نشتى كيت ۵ م0 - بریان نشتی پیوند قابل اغماض 

صفحه 37:
‎=0.75x10° am‏ (2()۵۵3 /هصر0025) (122) ( 5303405 )< حسئاآ ‎num‏ ۱ ‎Joy ma Way, X00 nA/yeme+ My, X10 nA/yem] /2.=584 mA, ‎mA‏ 2=275/ الق[ میت سا ‎mA +275 mA)(1.0 V) =859 mW‏ 584(= بط ‎ ‎ 

صفحه 38:
آسان ترين راه كامش مصرف توان,قطع منبع تغذیه در بلوک های ففته - فادها ©مجازى وري 0) - كيت مان فروجى : جلوگیری از ارسال سطم منطقی نامعتیر به بلوک بعدی - اندازه سوئيج هاى فوقانی بايد ‎gly‏ مداقل كردن اثرات منفی طرای شود 2 uae ‏فعال ۳ مصرف توان يويا‎ 9 aid ‏کذر مین مالت های‎ ۵ ‏مقرون به صرفه زمانى كه براى مدت طولانى بلوك به فواب برود.‎ - 

صفحه 39:
مثال طراحی - گیت کردن توان 8 سوال يافتن عرض ترانزيستور فوقانىن ۵ ‎SPOC‏ ‏۵ معدودیت. تافیر سیستم بیشتر از ۵ درصد افزایش نیاید. doo) 0 i doo) Vpp =lvolt >1=7 7 =2A Ron-p = 2kQ. um 1 = 008 xiv = 25 0. switch = ‏.لا‎ 2A 17 وم 20 _ ‎um‏ م25 ۲ 

صفحه 40:
ضخامت های اکسید و ولتاژهای آستانه چندگانه مسیرهای بعرانی لتاز آستانه يايين افزایش سرعت 

صفحه 41:
ولتاژهای آستانه متغییر ( ۸/۲۷05 یه هه وا وی ‘Substrate Tap t ‏تا‎ ‎۷/۵: + ‏ولا‎ -/۵,( ۷ < nV 2qesiNa 

صفحه 42:
توان تاخیر مجموع ۱۲۴۱ آنرژی مصرفی در هر عملیات 0 PDP=Pxtp =Cy, XVp pr" fmax*tp = 0 وامدش برمسب ل نکته, 00۳<)مستقل از فر کانس است. 2 ‎xt‏ تست تراک < ورن ‎EDP=Pxty2‏ 

صفحه 43:
۱ 390.45 294.94 326.93 122.95 506.46 431.73 459.98 331.12 ملراحی براساس مینیموم آنرژی-تاخیر ۱ StrongARM SA 8.74 44.67 4.42 66.77 8.66 37.15 4.28 28.70 Double-tail SA 54.67 88.05 51.94 113 9.26 4.90 8.86 4.64 Normal Low-Vop Low-Veik Both Normal Low-Vpp_ Low-Veuk Both 

صفحه 44:
معماری هایر توان پایین: توازی و ساختارهای لوله اى 

صفحه 45:
حالت هاى مدیریت توان 6062 68 8 لا ار ar العا مع لال Fushed Flushed = ff ParialFlush OFF ‎(PY 0١ 0‏ مسه ‏قبر100 > قس >30‏ ك1> ‎me‏ اس ‎5s‏ الل ‎COHEM ‎1 ‏لال ‎ ‎ ‎active ‎1 ‏حالت هاى مختلف مديريت توان در يردازنده صهعم ‎Core Voltage ‎Core Clock ‎PLL ‎Lt Caches ‎L2 Caches ‎Wake-Up Time ‎Power ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 

صفحه 46:
يهينه سازی انر[ی (finn ‎gue, 00‏ هليع ولتازدريه ينص شده بوياى ولتاز ‏ كيت كردن ‎ys ab‏ ‏منيع ولتاز ندکانه ‎ ‎ 

صفحه 47:
شما در حال بررسى يك تراشه متشكل از منطق تصادفى ‎dole b‏ بطور متو ‎go‏ باشید. ار شما از فرآیند استاندارد سلولی استفاده کرده باشید ‎a‏ ظرفيت سوئیچینگ جبطور متوسط برابر ر,,/۳۳ 150 فواهد بود. ‏مصرف يوياى تراشه فود را اكر مساحت آن 22:2 70 و در فر کانس ۱۸۲۸2 450 کار کند ‎(Vpp = 0. 9volt) SiS Gls‏ ‎awh O ‎P= aC¥*f=0.1* (150e" * 70) * (0.99 * 450e° = 0.38 W. ‎ ‎ 

صفحه 48:
ترانزيستور ‎pMOS‏ دارى مقاومت روشن در مدود ۸00 :2.5/660می باشد. بلوك اصلى داراى جريان روشن 4د 100 مى باشد. سوال: يافتن عرض ترانزيستور فوقانم 105/(ط ؟ محدوديت: تافير سيستم بيشتر از ل درصد افزايش نيابد. ool) 17 Reweten = 0.02 ‏پچ‎ 2 0 Ron = 2.5k0. um 2.5k0. um Wy-s = — 20 = 12500um 

صفحه 49: