数字IC后端——功耗分析

功耗分析主要可以分为两个部分 静态功耗和 动态功耗，功耗的计算很难有一个准确值，各个工具计算的差别会很大。
（注意：opt log中报的power是leakage power,不是总功耗，最终报power通过report_power_analysis）

1.静态功耗

1.1 漏电流功耗（leakage power）

在CMOS电路中，静态功耗主要是漏电流引起的功耗。即使电路处于静止状态，没有时钟，没有任何switching，这部分功耗依然存在。

漏电流的公式,其中Ipeak为泄露电流：
Ppeak = VDD*Ipeak

漏电流的计算主要通过.lib中的数据，从而选定一种或几种适合当前design需求的library。比如C30LVT可能leakage比较大，相比C35RVT,C40LVT的leakage可能要大好几倍。因此再做PR时就不会选C30LVT。

1.2 如何降低漏电流功耗

更换阈值电压大的cell。阈值电压越低，饱和电流越小，速度性能越快，但漏电流越大，因此功耗会变差。HVT的cell其阈值电压最大，掺杂浓度越高，其泄露功耗最小。

名字	含义
SVT	Standard V threshold
LVT	Low V threshold
RVT	Regular V threshold
HVT	High V threshold

按速度排列：SVT > LVT>RVT>HVT
按消耗功耗排列：SVT > LVT>RVT>HVT

1.3 分析漏电流为零

漏电流为零，PR肯定有问题，关注VDD，VSS是否连接上。

2.动态功耗

2.1 开关功耗(Switch Power)

Switch Power是在CMOS电路中，对负载电容进行充放电时消耗的功耗。

开关功耗的公式，A是average switching activity：
Pswitch = 0.5 * V^2 * C * Tr
Tr为翻转率的值，是通过前端设计给的VCD波形文件，给定一段时间，计算平均翻转率来计算。

2.1.1 如何降低开关功耗

从公式可以看出，改善动态功耗可以通过改变工作电压，翻转率和负载电容实现。

2.2内部功耗(Internal Power)

内部功耗(Internal Power)也称短路功耗，是由于信号翻转时，有一段时间PMOS和NMOS同时导通，那么电源VDD到地VSS之间就有了通路，形成短路电流。

内部功耗的公式：
Pshort = Tr * V * Qx
Tr为翻转率的值,Qx是在一次翻转过程中从电源到地的电荷量

由于这部分是由标准单元内部switch造成的功耗。工具根据.lib里的数据计算这部分功耗。输入A变化引起的功耗。工具根据输入A的transition time查询rise_power, fall_power 表。

2.3 如何降低动态功耗

对于GPU这种芯片，对timing要求不高，可以通过将移动ICG放在clock source近端，来实现低功耗设计，因为它可以对设计中暂时不用的寄存器通过ICG来关断后面寄存器的时钟来实现低功耗设计的目的。不好的一点是会引起setup违例