浅论芯片低功耗的设计实现（下）

书接上文（点击查看前文：浅论芯片低功耗的设计实现（上）），在低功耗的道路上，看看还有什么大招可以用

Vt cell的应用

从上一篇文章可以看到，不同Vt下的cell特性是不同的，现在的工艺都会提供不同倾向的Vt库，见下表

Vt-Type	speed	Leakage Power	pin compatible	priority	performence scenario
SVT	normal (1)	low (1)	yes	high	common
LVT	fast (1.5)	medium (1.5)	yes	medium	high frequency path
Ultra-LVT	fastest (3)	high (4.5)	yes	low	very critical path

可以看到，合理使用不同的Vt cell可以满足不同PPA的需求，在使用过程中，应该优先使用SVT的cell，而后是LVT，最后万不得已的时候再使用ULVT（ULVT的leakage可不是一般的大啊，一般会达到SVT的四到五倍的量级）
工具可以完美支持mix-Vt的设计。工具的策略是，在功耗优化的过程中，根据用户设定的Vt等价置换规则，在不影响timing的情况下，选择leakage小的cell，这样在兼顾性能的时候可以满足power的需求。
由于，后端实现的时候，通常由三个阶段需要用到这个技术手段，这里给出一个通常的应用场景供大家参考

秘籍：一定要做最后一步，效果会非常显著，可以有效地提高leakage power。

版图优化

在版图实现当中，后端实现的工具是非常灵活的，低功耗的设计当中，经常会使用到power-domain和voltage-area这些技术来优化power，简单的讲，通过UPF，在设计里边定义一些switch-off power和always domain，在某些功能不使用的时候，就把SW domain关掉，这个时候，SW里的power-gating cell的输出会呈现出一个无线接近电源（footer power-gating）或者地（header power-gating）的状态，从而理论上确保了SW domain的leakage是零（但是，这是指理论的，由于power gating cell本身会有漏电的问题，所以零的漏电只是理论上的）。
这里可以引申出一系列的思路，版图工程师可以尽可能的让更多的cell放到SW domain，从而在实际使用的情境下，可以拿到更好的功耗。看一下这个例子：

一条路径，从SW1出发到达SW2，中间一共有四级，其中SW里边有一个buffer和一个isolation，AO里边，有两个buffer ，从power上讲，在SW1和SW2同时关断的时候，这两个AO的buffer，不会有任何的动态功耗（dynamic power），这是因为SW1的isolation的输出已经被钳位（clamp）到无效态（一个常值），但是这两个buffer的leakage power是不能省略的，所以下图的floorplan，从power优化上来讲一定是个更好的选择

可以看到，中间的级数没有发生改变，但是之前的buffer1和buffer2，都已经被放置到了SW domain了，这样，在SW关断的时候，这两个buffer的leakage power就是零（理论上）。这里只是一个连接和两个buffer的示例，实际中VA之间的连接非常复杂，通过版图的优化调整，可以让出更多的leakage power。
低功耗设计是一套完整的理论体系，从原理、代码、UPF、综合、版图等等，每个步骤的一点点提高，都会带来不同程度的优化，勿以优化小而不为，点点滴滴的进步就会造就更加节能的芯片实现。