低功耗设计详解（UPF编码篇）

嵌入式ARM 2023-05-15 13:01

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想必各位ICer们在招聘JD上专门看到低功耗设计经验的要求，那么，什么是低功耗设计呢？

对于后端工程师来讲，在物理实现方面就是引入多条电源线，并且根据设置电压域的不同/设计制定的全局电源网络的不同，对不同PD进行常开/关断式的供电，为了解决实现多电源/多电压域的电源网络供电过程中可能会触发的问题，需要引入低功耗单元。对于简单的电压域设计，ICer们可以手动global connect后再 detail route，也不需要注意低功耗单元摆放的合理性/孤岛的设置。但是，复杂的电源网络的话，ICer就需要引入Power Intent文件，例如CPF（Common Power format），UPF（Unified Power format）来实现复杂多电压域设计，电压域的关断，甚至是动态电压调节DVFS来控制实现各个电压域电压的变化。

图1 UPF文件包括/定义低功耗设计的内容

实际上，UPF重点是在描述定义芯片功耗架构（比如电压源的定义，power state的定义，低功耗单元ISO，MTCMOS（PSW），LVL，ELS单元的连接关系，供电关系以及布局信息），UPF 文件和SDC文件一样，有自己的书写风格，实际上UPF早就被认定为标准协议，做过低功耗设计的后端工程师应该知道，在innovus内在吃入UPF3.0的时候，文件名并不叫UPF，而叫IEEE1801，下图是UPF的使用标准，可以看到为IEEE 低功耗设计标准，其中包括UPF的指令的man page以及使用的注意事项。

UPF编码基础（内容：电源网络定义，多电压域设计，低功耗模式，低功耗单元规则（rules)，芯片边缘供电定义，IP供电描述）。

实际上，UPF贯穿整个中后端设计，不同的电压域，里面的lib_cell用的对应library库（包含各种.lib 的总库）也不一样，比如1.0V用1.0V的library，2.0V用2.0的library库。综合中一般加ISO，ICG， LEVELSHEIFTER，而SWITCH_cell（MTCMOS四PIN的串链）在物理设计里面加。

同时，值得注意的是，一般低功耗单元都是加在powerdomain的boundry边缘处，但如果有些低功耗的单元（iso,level shifter）是加在marco的pin上面的时候,就不能放在电压域boundry处。CLP验证主要验证UPF架构（就那些内容）写的对不对，通过Cadence家的conformal工具实现，Tempus和 Voltus是Cadence的PT和PI的signoff工具。

图2 UPF中后端全流程以及signoff CLP,PI验证流程

UPF电源网络定义supply net：

UPF电源网络定义supply set：

图为PD1的supply set包含内给element供电的primary power,给iso和retention供电的常开pg net。

到这里，小编已经介绍完了UPF编码的大概内容以及UPF在后端的应用流程，同时也介绍了supply_net以及supply_set两个重要的UPF create命令。下一篇小编将会以一个多PD的module的 UPF为例，详细解释并一步一步讲解UPF的书写规则，让手写UPF低功耗文件不再是难事，各位 ICer也能通过UPF给自身项目模块进行电源网络，电压域供电规划。