在流片前验证中如何测量功耗 执行功耗分析的步骤是什么

在流片前验证中如何测量功耗？

一般来说，功耗测量是在门级进行，通过由回归向量组成的验证平台执行 DUT，然后跟踪 DUT 的开关活动来完成。该方法有两个问题。

首先，测试发生在设计周期的晚期。虽然与实际芯片的差异在 5% 以内，但没有足够的灵活性来纠正设计中的问题。更好的折中方法是在 RTL 评估动态功耗，这会导致与芯片的偏差较大（在15% 范围内），但能提供更大的灵活性来支持设计修改。

其次，验证平台向量不能很好地代表设计将来的使用方式。为了实现准确的功耗估算，必须在运行实际工作负载和性能／功率基准测试的目标系统上尽可能准确地捕获开关活动。

执行功耗分析的步骤是什么？如何完成？

显然，RTL 仿真再也无法胜任这一要求苛刻的任务。需要一种层次化方法，从高级别的设计抽象开始，直到RTL 和门级。再也没有任何单一工具能够完成全部任务。相反，让各种特性实现最佳平衡的多种工具可以加速功耗估算和优化（表 1）。

第一步，整个 DUT 用 C/C++ 做高级抽象，根据硬件／软件规格进行快速验证，并非常粗略地估算功耗。

接下来，在一个混合设置中验证功耗，该混合设置包含高级别抽象描述的设计部分（通常包括处理内核和存储器，例如 Arm 快速模型））和 RTL 的其他设计部分。高级别抽象部分在主机服务器上运行，RTL 在硬件加速器上执行，二者通过基于事务的接口连接。

表 1. 需要采用一种层次化方法来加速功耗估算和分析过程。（信息来源：Lauro Rizzatti）

虽然硬件加速器以几 MHz 的速度运行，但混合配置可以实现 50 MHz 左右的速度，足以快速启动 Android、Linux 和其下的所有内核，以及执行基准测试和实际应用。

该设置提供了一个很好的基础，支持在相对较短的时间内对整个设计的功耗进行分析。通过在数十亿个时钟周期的长期运行中绘制开关活动，设计团队可以识别几百万时钟周期范围内的高功耗和低功耗热点。同样，通过在活动分布图中拼贴功耗区域，团队便可直观地识别高低功耗的设计部分。

一旦确定热点和关键区块，团队就可以切换到全 RTL，获得对各设计网络的准确详细可见性。通过将活动绘图与嵌入式软件代码相关联，并将活动分布图与RTL 代码相关联，团队可以迅速聚焦于有潜在功耗问题的区域。

捕获整个工作负载处理的完整设计活动，是非常重要的（图 2），避免仅仅是采样（通常利用 FPGA 平台完成，缺乏完全的内部可见性）。

图 2. 功耗工具可以利用活动分布图和活动绘图来跟踪功耗趋势分析。（信息来源：西门子 EDA）

审核编辑：汤梓红