在流片前驗(yàn)證中如何測量功耗？

一般來說，功耗測量是在門級進(jìn)行，通過由回歸向量組成的驗(yàn)證平臺執(zhí)行 DUT，然后跟蹤 DUT 的開關(guān)活動(dòng)來完成。該方法有兩個(gè)問題。

首先，測試發(fā)生在設(shè)計(jì)周期的晚期。雖然與實(shí)際芯片的差異在 5% 以內(nèi)，但沒有足夠的靈活性來糾正設(shè)計(jì)中的問題。更好的折中方法是在 RTL 評估動(dòng)態(tài)功耗，這會(huì)導(dǎo)致與芯片的偏差較大（在15% 范圍內(nèi)），但能提供更大的靈活性來支持設(shè)計(jì)修改。

其次，驗(yàn)證平臺向量不能很好地代表設(shè)計(jì)將來的使用方式。為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的功耗估算，必須在運(yùn)行實(shí)際工作負(fù)載和性能／功率基準(zhǔn)測試的目標(biāo)系統(tǒng)上盡可能準(zhǔn)確地捕獲開關(guān)活動(dòng)。

執(zhí)行功耗分析的步驟是什么？如何完成？

顯然，RTL 仿真再也無法勝任這一要求苛刻的任務(wù)。需要一種層次化方法，從高級別的設(shè)計(jì)抽象開始，直到RTL 和門級。再也沒有任何單一工具能夠完成全部任務(wù)。相反，讓各種特性實(shí)現(xiàn)最佳平衡的多種工具可以加速功耗估算和優(yōu)化（表 1）。

第一步，整個(gè) DUT 用 C/C++ 做高級抽象，根據(jù)硬件／軟件規(guī)格進(jìn)行快速驗(yàn)證，并非常粗略地估算功耗。

接下來，在一個(gè)混合設(shè)置中驗(yàn)證功耗，該混合設(shè)置包含高級別抽象描述的設(shè)計(jì)部分（通常包括處理內(nèi)核和存儲(chǔ)器，例如 Arm 快速模型））和 RTL 的其他設(shè)計(jì)部分。高級別抽象部分在主機(jī)服務(wù)器上運(yùn)行，RTL 在硬件加速器上執(zhí)行，二者通過基于事務(wù)的接口連接。

表 1. 需要采用一種層次化方法來加速功耗估算和分析過程。（信息來源：Lauro Rizzatti）

雖然硬件加速器以幾 MHz 的速度運(yùn)行，但混合配置可以實(shí)現(xiàn) 50 MHz 左右的速度，足以快速啟動(dòng) Android、Linux 和其下的所有內(nèi)核，以及執(zhí)行基準(zhǔn)測試和實(shí)際應(yīng)用。

該設(shè)置提供了一個(gè)很好的基礎(chǔ)，支持在相對較短的時(shí)間內(nèi)對整個(gè)設(shè)計(jì)的功耗進(jìn)行分析。通過在數(shù)十億個(gè)時(shí)鐘周期的長期運(yùn)行中繪制開關(guān)活動(dòng)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以識別幾百萬時(shí)鐘周期范圍內(nèi)的高功耗和低功耗熱點(diǎn)。同樣，通過在活動(dòng)分布圖中拼貼功耗區(qū)域，團(tuán)隊(duì)便可直觀地識別高低功耗的設(shè)計(jì)部分。

一旦確定熱點(diǎn)和關(guān)鍵區(qū)塊，團(tuán)隊(duì)就可以切換到全 RTL，獲得對各設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確詳細(xì)可見性。通過將活動(dòng)繪圖與嵌入式軟件代碼相關(guān)聯(lián)，并將活動(dòng)分布圖與RTL 代碼相關(guān)聯(lián)，團(tuán)隊(duì)可以迅速聚焦于有潛在功耗問題的區(qū)域。

捕獲整個(gè)工作負(fù)載處理的完整設(shè)計(jì)活動(dòng)，是非常重要的（圖 2），避免僅僅是采樣（通常利用 FPGA 平臺完成，缺乏完全的內(nèi)部可見性）。

圖 2. 功耗工具可以利用活動(dòng)分布圖和活動(dòng)繪圖來跟蹤功耗趨勢分析。（信息來源：西門子 EDA）

審核編輯：湯梓紅