本文主要讲解的内容是低功耗SOC设计，随着SOC的集成度与性能的不断发展，如今的SOC已达到百瓦量级，其中包括的内容有（1）为什么需要低功耗？（2）功耗从哪儿来？（3)怎样减少功耗呢？下面我们就重点来分析这些内容
（1）为什么需要低功耗？
随着SOC的集成度与性能的不断发展，如今的SOC已达到百瓦量级。如Intel的Itanium2功耗约130瓦，这需要昂贵的封装，散热片及冷却环境。根据摩尔定律，每18个月晶体管密度增加一倍，而电源技术要达到相同的增速，需要5年，显然电源技术已成瓶颈。电路里的大电流会使产品的寿命和可靠性降低。电源的动态压降严重的时候还会造成失效。
（2）功耗从哪儿来？
功耗一般分两种：来自开关的动态功耗，和来自漏电的静态功耗。而动态功耗又可分为电容充放电（包括网络电容和输入负载），还有当P/N MOS 同时打开形成的瞬间短路电流。静态功耗也可分为几类：扩散区和衬底形成二极管的反偏电流(Idiode)，另外一类是关断晶体管中通过栅氧的电流（Isubthreshold)。芯片的漏电会随温度变化，所以当芯片发热时，静态功耗指数上升。另外漏电流也会随特征尺寸减少而增加。
公式：Ptotal = Pdynamic + Pshort + Pleakage
Pswitch = A * C * V2 * F
Pshort = A (B/12) (V-2Vth)3 * F * T
Pleakage = (Idiode + Isubthreshold) * V
（3)怎样减少功耗呢？
首先定义对功耗的需求，然后分析不同的架构，决定如下需求：system performance, processor and other IP selection, new modules to be designed, target technology, the number of power domains to be considered, target clock frequencies, clock distribution and structure, I/O requirements, memory requirements, analog features and voltage regulation.你还需要定义工作模式：如startup, active, standby, idle, and power down等等，当然这些模式是由软硬件共同决定的。
理想的解决办法是不同工作模式下用不同的工作电压，但这又会造成太过复杂的情况，比如你需要考虑不同电压区域隔离，开关及电压恢复，触发器和存储器的日常存储恢复中状态缺失，等等。简单一点来讲，你可以根据高性能/高电压和低性能/低电压来划分你的设计。接下来你可以考虑系统时钟结构，这对减少动态功耗很有用。你可以使用多个时钟域，降低频率，调整相位等等。一般处理器的软件接口控制都可做到这几点。别忘了可能出现的比如glitch,skew,等问题。
一旦架构确定下来，就可以做RTL code了，当然目标还是低功耗。使用EDA工具时注意mutiple threshold leakage optimization，multiple supply voltage domains，local latch based clock gating, de-clone and re-clone restructuring, operand isolation, and gate level power optimization.
我们一条条的来看：
第一，mutiple threshold leakage optimization。库文件一般有三版：低Vth(快，大漏电），标准Vth,高Vth(慢，低漏电）。工具一般尽量用高Vth cell,而由于timing限制则需用低Vth cell.很明显，选库很重要。
第二，multiple voltage domains。不同工作电压需要库的支持。不同电压区域的划分则需要前后端设计的协作。
第三，local latch based clock gating。这是在成组的flop之前加上特定的clock gating latch.
第四，de-clone and re-clone restructuring。在layout之前,将local clock gating提到更高一级，以利于减少面积，为CTS建立“干净“的起始点。在具体布局时，对local clock gating进行re-clone,以利于优化时钟树。
第五，operand isolation。这一步通过一个通用控制信号，自动识别并关闭data path elements和分层组合模块。
第六，Classical gate level optimization。改变单元尺寸，pin swapping,去除不必要的buffer,合并门，加入buffer减少skew,调整逻辑等等。
本文讲解的主要内容是低功耗SOC设计，随着SOC的集成度与性能的不断发展，如今的SOC已达到百瓦量级，其中包括的内容有（1）为什么需要低功耗？（2）功耗从哪儿来？（3)怎样减少功耗呢？希望能为各位读者带来比较大的参考价值。
