32位MIPS微處理器低功耗物理設計的研究.pdf

1、目前，集成電路工藝進入納米級設計階段，一些巨大規(guī)模的芯片集成度已高達上千億門。同時，伴隨著晶體管的特征尺寸不斷縮小，其泄漏電流所引起的靜態(tài)功耗急劇上升?；谝陨蟽煞矫娴脑?，功耗在芯片設計中受到越來越多的重視。由于低功耗技術在芯片物理設計中的實現(xiàn)是芯片功耗設計中的關鍵，因此，對芯片物理設計的低功耗技術進行研究具有重要意義。
　　本文在分析低功耗物理設計所面臨的挑戰(zhàn)、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、集成電路的功耗構成及原理的基礎上，對可降低功耗的門

2、控技術、多電壓域技術、多閾值電壓技術等降低功耗的技術進行了研究，并將其應用于32位MIPS微處理器的物理設計中。
　　論文首先針對MIPS微處理器的結構特點，根據(jù)其性能參數(shù)要求，對各模塊的最低工作電壓域進行了分析。在此基礎上，在SMIC0130nm標準CMOS工藝條件下，采用synopsys公司的Design Compile工具完成了門控時鐘的插入；通過多電源電壓域的創(chuàng)建、電平轉(zhuǎn)換器的插入、電平轉(zhuǎn)換器的電源線的連接、電源開關單元的

3、插入和隔離單元的插入等方法完成了多電壓域的設計；通過混合高低閾值電壓庫替換的方法完成了多閾值電壓技術的設計。
　　論文研究的32位MIPS微處理器芯片共有約10萬門、9758個寄存器，芯片面積為900*900μm2，目標工作頻率為250MHZ，目標功耗為40mW。在本文中，利用PTPX工具，對設計進行了總功耗和功耗完整性的分析，分析結果表明，在滿足時序的前提下，經(jīng)過多重低功耗技術，芯片的功耗降低到35.8359mW，滿足芯片目標功