一种新型芯片及其工作过程中低功耗控制方法与流程

本发明涉及芯片设计领域，特别是涉及一种新型芯片及其工作过程中低功耗控制方法。

背景技术：

1、随着集成电路制造技术的不断发展，芯片的集成度和工作速度也越来越高，功耗已经成为衡量芯片性能的重要指标之一。芯片中的功耗来源主要包括动态功耗和静态功耗，动态功耗主要跟工作时候的电压、频率和器件的容值成正比，静态功耗主要是跟器件漏电流成正比。其中芯片的工作功耗主要以动态功耗为主，电源电压和工作频率越低，动态功耗就越低。

2、通常有3种方法降低芯片运行功耗：

3、第一种：使用专门定制的支持超低电压的数字标准单元与sram模块。这个方案需要芯片代工厂、数字标准单元提供商、sram模块提供商共同合作，共同完成超低电压的标准单元库与sram模块(包含rom模块)库的定制工作。这个方法的缺点是与代工厂以及这家代工厂的特定工艺相关，无法切换到别的工艺或者更换芯片代工厂，同时由于定制工作也花费巨大，使用这样工艺做的芯片成本也较高。

4、第二种：由于不同的应用场景有不同的运算力需求，通过针对不同工作场景匹配不同的工作电压和频率，也就是动态电压和频率缩放技术(dvfs)来达到降低动态功耗的目的。如申请号为2013103848893、发明名称为动态电压频率调整方法和装置的专利与申请号为2014100395788、发明名称为一种用于aac音频编码的dvfs方法的专利，公开通过动态电压和频率缩放技术降低动态功耗，这种方案无法解决在某固定运行频率场景下继续降低功耗的问题。

5、第三种：申请号为2013101205377、发明名称为一种超低功耗处理器流水线结构的专利公开的就是针对cpu这种专用逻辑，通过增加流水线内部与外部纠错电路结构方式，让cpu逻辑部分的工作电压可以降低到标准单元库提供的电压以下。这种方案适用性有限，只适用于cpu或类似逻辑，同时这个方案无法覆盖sram电路。通用的数字逻辑几乎同时会包含数字电路与sram/rom。

6、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种新型芯片及其工作过程中低功耗控制方法，能够同时对标准逻辑单元电路与sram和/或rom电路同时有效的工作电压动态调整方案。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种新型芯片，包括至少一个数字探测模块、数字逻辑模块和存储模块；

3、所述存储模块包括sram或/和rom；

4、所述数字逻辑模块执行芯片工作的功能逻辑；所述数字逻辑单元包括数字标准单元库；

5、所述数字探测模块包括自检测逻辑单元和存储单元；所述自检测逻辑单元包括的数字标准单元库与所述数字逻辑单元包括的数字标准单元库相同，所述存储单元含存储模块中全部类型的sram或/和rom；

6、所述数字逻辑模块的电源电压为第一供电电压；所述数字探测模块的电源电压为第二供电电压；

7、当要控制芯片降低功耗时，先调整所述第二供电电压，再调整所述第一供电电压，使所述第一供电电压大于等于所述第二供电电压。

8、优选地，当要控制芯片降低功耗时，通过调整所述第二供电电压探测出所述数字探测模块探稳定工作的最低电压，然后根据所述最低电压调整所述第一供电电压。

9、优选地，所述数字探测模块的逻辑运行独立于所述数字逻辑模块。

10、优选地，所述数字逻辑模块还包括可配置延时单元，用于增加时序通路上的时间延时。

11、优选地，所述数字探测模块持续周期性监控自身工作状态，若不正常，立即升高所述第一供电电压到标准电压，以使芯片正常工作。

12、优选地，所述数字探测模块还包括可调电源单元，可调电源子单元提供所述第二供电电压。

13、优选地，至少包括以下步骤：

14、s1，上电初始化，芯片内数字逻辑模块的第一供电电压和数字探测模块的第二供电电压均在标准电压范围内；

15、s2，当要控制芯片降低功耗时，先调整所述第二供电电压，再调整所述第一供电电压，使所述第一供电电压大于等于所述第二供电电压。

16、优选地，先调整所述第二供电电压，再调整所述第一供电电压的过程包括：

17、s21，单独调节数字探测模块的第二供电电压，以确定稳定工作的最低电压；

18、s22，根据所述最低电压调整所述第一供电电压。

19、优选地，延时配置表的配置过程包括：

20、采用时序分析工具对芯片设计的所述数字逻辑模块进行分析得到第一张表格；

21、采用时序分析工具对已完成芯片设计的所述数字探测模块进行分析得到第二张表格；

22、根据所述第一张表格和所述第二张表格得到延时配置表。

23、优选地，芯片工作过程中低功耗控制方法还包括在低功耗运行过程中，周期性启动数字探测模块检查所述数字探测模块是否工作正常，并在不正常时，立即控制提升数字逻辑模块的第一供电电压至标准电压。

24、如上所述，本发明的新型芯片及其工作过程中低功耗控制方法，具有以下有益效果：

25、本发明的新型芯片工作控制过程要降低功耗时，通过对芯片的数字逻辑模块的电源电压(供电)进行调整，即先对数字探测模块的电源电压进行先调整，再调整数字逻辑模块的电源电压，实现对芯片低功耗控制，且因为数字探测模块包含数字标准单元库和全部类型的sram和/或ram，因此能够同时对标准逻辑电路与sram电路的工作电压进行有效的低功耗动态调整。

技术特征：

1.一种新型芯片，其特征在于，包括至少一个数字探测模块、数字逻辑模块和存储模块；

2.根据权利要求1所述的新型芯片，其特征在于，当要控制芯片降低功耗时，通过调整所述第二供电电压探测出所述数字探测模块稳定工作的最低电压，然后根据所述最低电压调整所述第一供电电压。

3.根据权利要求1所述的新型芯片，其特征在于，所述数字探测模块的逻辑运行独立于所述数字逻辑模块。

4.根据权利要求1所述的新型芯片，其特征在于，所述数字逻辑模块还包括可配置延时单元，用于增加时序通路上的时间延时。

5.根据权利要求1所述的新型芯片，其特征在于，所述数字探测模块周期性监控自身工作状态，若不正常，立即升高所述第一供电电压至标准电压，以使芯片正常工作。

6.根据权利要求1所述的新型芯片，其特征在于，所述数字探测模块还包括可调电源单元，可调电源子单元提供所述第二供电电压。

7.芯片工作过程中低功耗控制方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的芯片工作过程中低功耗控制方法，其特征在于，先调整所述第二供电电压，再调整所述第一供电电压的过程包括：

9.根据权利要求8所述的芯片工作过程中低功耗控制方法，其特征在于，延时配置表的配置过程包括：

10.根据权利要求7所述的芯片工作过程中低功耗控制方法，其特征在于，芯片工作过程中低功耗控制方法还包括在低功耗运行过程中，周期性启动数字探测模块检查所述数字探测模块是否工作正常，并在不正常时，立即控制提升数字逻辑模块的第一供电电压至标准电压。

技术总结
本发明提供一种新型芯片及其工作过程中低功耗控制方法，芯片包括至少一个数字探测模块、数字逻辑模块和存储模块；存储模块包括SRAM或/和ROM；数字逻辑模块执行芯片工作的功能逻辑；数字探测模块包括自检测逻辑单元和存储单元；所述数字逻辑单元与所述自检测逻辑单元包括相同的数字标准单元库，所述存储单元含存储模块中全部类型的SRAM或/和ROM；所述数字逻辑模块的电源电压为第一供电电压；所述数字探测模块的电源电压为第二供电电压；当要控制芯片降低功耗时，先调整所述第二供电电压，再调整所述第一供电电压，使所述第一供电电压大于等于所述第二供电电压。本发明能够同时对标准逻辑电路与SRAM/ROM电路的工作电压进行有效的低功耗动态控制。

技术研发人员：黄勤,包卫平,邱树林
受保护的技术使用者：上海山景集成电路股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15