微处理器的低功耗芯片设计技术

微处理器的低功耗芯片设计技术

李宏文

珠海中慧微电子有限公司 珠海国家高新区 519000

摘要：半导体促进了工业的发展，特别是智能化、信息化技术的有效应用，提高了半导体电器元件的应用效率。因此，工作人员应当评估出半导体元件中微处理器的使用要点，不断满足处理器芯片、射频芯片的功能性，提高无线传感器的信息传输的稳定性。另外，无线网络节点控制、管控中，需借助微处理器进行自动化信息架构、协调及优化，以期提高微处理器的应用效率。基于此，文章就微处理器的低功耗芯片设计要点进行了探讨。

关键词：微处理器；低功耗；芯片；技术；设计

引言：

半导体可被应用于各类微型电器元件中，其中微处理器占据主导、服务的作用。由此可见，为实践低功耗芯片的设计需求，需要工作人员总结芯片发热量的直接影响，设计出低功耗、低耗能的电器元件，满足核心电路设计的需求。为了落实低功耗芯片的设计优势，需要工作人员提高微处理器的应用质量，解决数字系统核心构件使用的不利影响，可进一步降低处理器的能耗指标。

一、造成微处理器功耗的原因

微处理器可以利用计算机、自动化、智能化技术自行处理复杂的编程信息，全面加载电路元件的使用要素，可提高微处理器的使用效率。因此，微处理器在线应用过程中，需要全面满足Datapath（数据单元）、Clock（时钟单元）、Control（控制单元，I/O）以及Memory（存储单元）的基础信息，同时在循环加载、运行过程中在线仿真运行。然而微处理器运行期间，也存在一定功耗现象，具体如下：第一，时钟单元可自行定义预处理系统的运行时间及要求，依据时钟的驱动要求确立时钟树的负载、发生、驱动、控制情况，方便为后续单元处理提供理论依据。第二，数据通路需协调不同电气元件所产生的信息，在有效的整合、存储、运算、寄存过程中确保终端数据库的基础信息得到更新。第三，数据存储控制中，可利用大数据将所得到的数据进行分类，确保输入信息进行深度整合。在此过程中，输出、输入数据期间必定会出现有CMOS电路功耗问题，为了降低充电、电容动态工作过程中的能耗因素，需总结电容动态功耗指标，控制由于反偏过程而诱发的总功耗，依据P=α×C_L×V²_DD×f的基础进行运算整合，及时得到电极、电容、二极管的用电能耗指标。

二、微处理器的低功耗芯片设计要点

2.1 动态电压调节控制

微处理器自动化加载、运行过程中，动态功耗会与流经电路的电压呈正相关增长，故电路所产生的功耗会在工作电压的运作中以二次方的速度直线降低。由此可见，为了实现动态化电压调节的目的，需尽可能降低动态功耗指标。具体如下：第一，应当理清动态电压的调节需求，原因是仅控制哦工作电压可能会增加电压的延迟，尤其是会提升电压执行所需时间。为此，工作人员应当协调系统所产生的负载及其运行时间，根据微处理器运行特点进行必要的总结，建立动态化电压调节方案。其中，主体利用Dynamic Voltage Scaling技术控制芯片所产生的能耗，期间应当尽可能满足工作电压的运行要点。第二，在DVS系统精准化控制过程中，应当动态化调节电压的输出指标，依据不同元件的调度、控制、通过要点确立不同状态下用电电路的工作情况，以此满足各个环境中电路的基础负荷指标，也能促使电压调度模块可及时预测、调节芯片的功能性。

2.2 门控时钟频率的波动及优化

门控时钟网络构架、管理过程中，时钟应当和谐处理A、B、C、D四个模块的门电路运行状态，促使不同区域的功耗始终在额定指标之内。时钟运行期间，系统需在线处理你不同元件的放电信号，满足不同情况下时钟的运行频率，促使开关的能耗得到控制。具体而言，时钟运行频率优化需遵循以下要点：第一，系统需在线处理门控逻辑、寄存信息内容，高效化划分模块内的网络信息。在时钟在线控制过程中，系统需第一时间处理不同逻辑模块的信息数据，及时切断不科学的模块功耗，促使寄存器、数据选择装置、数据出入及输出装置可在“一体化”的管理中控制开关所产生的能耗指标。另外，当门控寄存器需要进一步处理时钟内的信息时，系统需加大信号的审核力度，校对、筛选、分析时钟所输出的时序时间，可降低验证失真的不利影响。第二，可变频时钟运行过程中，系统需在线处理、配置时钟所输出的频率，在有效的基础控制、应用协调过程中降低运行期间所产生的不必要能耗。在此过程中，极限频率管理过程中，可变频控制模式可在线处理“0值”“最高频率”两种端口信息，在协调时钟控制需求的过程中建立内嵌处理模块，方便在模块内生成PLL系统，减小设计过程的难度系数。例如在动态功耗控制期间，工作人员可在单片机中嵌入高精度数字电流表，同时将电流表与自动化监控模型进行连接，方便降低封装所需求的电流指标。通过处理好核心控制器所产生的主频信号，确保变频时钟可运用64级功耗模式进行在线运作，一旦功耗超过承载时，系统可在线告警，以期降低电能表所产生的能耗。

2.3 并行流水线控制管理

将通过微处理器的流水线进行并行，牺牲局部基础功耗，再以此为依据建立、复制一个可进行正常运行的模块信号，方便在并行计算、管理中有选择的输出用电能耗。第一，可运用“二分频”模式建立并行结构，满足不同模块的运行要点。在此过程中，多组模块的并行运行期间，模块可提高整体项目的吞吐能力，并将模块的运行速度控制为原来的1/n。第二，流水线并行协调中，需建立PLC自动化处理模型，将一组模块拆解为多个子流水线，采用单一模块运行的模式进行介入，方便在规定的范围内插入寄存器。寄存器在线运行过程中，电流需通过加法器、比较器、寄存器等多组设备，依据事先设计的运行特征设立比较方案，可促使各个模块的运行速度降为原来的1/n。在工作电压的协调管理过程中，系统可将整体电压控制为原来的1/n，依据电容的变化及寄存器面积特点进行协调，促使通过芯片的功耗得到降低。第三，原模块功耗控制过程中，应当尽可能控制单元库的能耗指标，协调不同单元的尺寸、电路、版图功能，同时依据电容及电路的延时管理要点确立电路的能耗指标，方便依据设计的单元特征确立寄存器的负载指标。当通过电路的工作电压降低至额定范围内时，工作人员可根据系统的并行要点确立可变的工作电压模式。例如当通过电路的电能固定时，则需要不断提高电路的运行速度，在相应位置增加电路功耗。总之，在微处理器应用管理中，应当控制工作电压在阈值电压范围内，根据亚阈值电流增长需求确立静态功耗指标，方便在有效静态控制管理过程中降低电压所产生的无用功及其能耗指标。同时，工作人员应当建立Gray的编码，确立二进制制码服务器，降低不同线路切换时所产生的能耗，可控制总线的功耗指标在额定范畴内。

三、结束语

综上所述，微处理器的低耗芯片设计管理过程中，工作人员应当建立高性能移动控制模式，依据低耗能的设计、处理、管理模式建立科学的处理方案，结合微处理器的低耗需求进行优化，有利于提高集成电路系统运行的稳定性。

参考文献

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