电源优先的方法

　　越来越明显的是，热量将成为半导体未来的限制因素。芯片的很大一部分在任何时候都是黑暗的，因为如果所有东西同时运行，产生的热量将超过芯片和封装耗散能量的能力。如果我们现在开始考虑堆叠模具，其中提取热量的能力保持不变，并且热发生器的数量增加，那么它似乎是一个相当黯淡的未来。

　　也许有人会发明更好的晶体管，或者电阻和电容更小的电线。但在这一点上，已经探索了更明显的进步，成本总是会限制一些解决方案。

　　在过去的 40 或 50 年里，优化一直与性能和面积有关。直到大约 20 年前，人们才意识到，在相同的基本架构下，性能每提高一个百分比，功耗就会增加得更多。Dennard 扩展停止自动停止在每个新节点上提供相同级别的节能也无济于事。

　　即使在今天，当我采访人们并询问功耗是否是主要的优化考虑因素时，答案通常是，“我们必须首先满足性能指标，然后我们才能担心降低功耗。在接下来的10年里，我预计这种心态将转变为“权力优先”的方法。真正的问题是，在定义的功率预算内，我可以在给定任务上获得多少性能？你不能通过首先看性能来得到这个答案。

　　在过去的几十年里，已经创建了一些工具，这些工具可以通过对设计进行分析并找到潜在的节省来节省电力。大多数时候，这些节省可以自动应用，而不必担心搞砸任何事情。例如，当可以证明它不会产生逻辑影响时，对具有松弛或时钟门控的路径进行晶体管尺寸调整。其他策略的影响稍大一些，例如电源域开关，在不使用时可以消除块中的泄漏电流。然而，这些确实增加了设计的复杂性，并且它们引入了一些潜在的灾难性问题，使一些设计陷入困境。

　　但所有这些技术都只是试图恢复浪费的电力。他们都没有正面解决问题。需要的是影响系统架构的功耗优化策略，包括在针对它们优化的处理平台上运行的软件中使用和可能实现的算法，这些算法着眼于在系统中移动的每个字节数据的有用性，等等。

　　但这个行业有如此多的动力和惯性，以至于改变是非常困难的。我们看到越来越复杂和重量级的协议被定义为一致性和连接性，所有这些都试图尽可能少地破坏当今存在的不良做法。

　　有令人鼓舞的迹象。2017年，约翰·轩尼诗（John Hennessy）和大卫·帕特森（David Patterson）在图灵（Turing）演讲中发表了演讲，并迅速采用了RISC-V ISA以及围绕该领域的所有工作，从而点燃了特定领域的计算。他们这样做的主要动机可能不是降低功耗，但这至少是一个开始。

　　另一个令人鼓舞的领域出现在我最近为即将发表的关于功率优化主题的文章进行的一些采访中，从 RTL 开始。当被问及未来以功耗优化为首要考虑因素的可能性时，人们充满激情、兴奋，并希望在未来有更好的做事方式。

　　20年前，当电子系统级（ESL）一词被用于定义EDA新时代的技术时，人们非常兴奋，也许是自该行业成立以来，我们对新EDA工具的最大投资。这是试图找到新的抽象，新的工具，可以像RTL为Synopsys所做的那样为他们做。

　　我也陷入了困境，但我们都错了。没有新的神奇抽象可以驱动新一代设计师和工具。它确实产生了一些好东西，但与最初预期的完全不同。但是，我们现在能看到新时代的起源吗？新的抽象、流程和工具，主要关注的是电源和能源？新一代设计将能够最大限度地提高每瓦性能，不是通过优化，而是通过设计？

　　是否有足够的人关心这个星球，将其作为优先事项？作为工程师，我们是否在某种程度上对我们创造的产品的能源消耗负责？我确实看到更多人关心这些事情，但我也看到许多技术进步完全是浪费权力，唯一的动机是利润。

　　审核编辑：黄飞