门控时钟ICG

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门控时钟-概述

日期：2014年4月19日 16:50

门控时钟-概述

2009年2月12日

1. 时钟信号的功耗占系统功耗的很大一部分（40%左右）占动态功耗的50%以上

1. DC门控时钟命令：
intert_clock_gating
set_clock_gating_style

1. 门控时钟插入：
 

1. 使用效果实例：

a. 对于一个180nm工艺的芯片：有clock gating和没有clock gating的结果相比（芯片实测）：

a. 功耗节省34%到43%（具体更应用模式有关）

a. 面积节省20%（一个clock gating能代替多个mux）

1. 使用原则：

a. 至少位宽是3或以上的寄存器才用门控时钟

a. 单bit的寄存器使用门控时钟是没有效果的，面积和功耗都不会节省。

a. Clock buffer尽可能多的放到clock gating cell的后面。

1. RTL具体措施：

a. 无用输出采用使能保持输出的方式编码：
NxtReadData = (ReadEn) ? RamData : 8'b0;  
如果没有读使能时，我们不关心输出什么数据的话，则改成：
NxtReadData = (ReadEn) ? RamData : ReadData;
这样就可以让ReadEn无效时把这8个寄存器的时钟关掉。

 

1. 3bit的计数器插clock gating前后电路对比
插门控之前:

插门控之后：

 

1. 不同bit数门控时钟插入对比

 

SMIC.18工艺		面积		动态功耗（W）
		um2	门数
4bit暂存器	带ICG	221.72	25.25	1.185e-05
	不带ICG	263.42	30	1.427e-05
3bit暂存器	带ICG	175.62	20	9.160e-06
	不带ICG	197.57	22.5	9.920e-06
2bit暂存器	带ICG	131.71	15	6.315e-06
	不带ICG	131.71	15	6.613e-06
1bit暂存器	带ICG	85.61	9.75	3.633e-06
	不带ICG	65.86	7.5	3.307e-06

 

1. 门控时钟的结构：

 a. 结构-1

这种系统时钟门控的机制算然简单，但是容易使门控后的时钟不完整，甚至产生毛刺。

 

a. 结构-2

这种门控方法避免了门控时钟的不完整性，也可以避免避免毛刺的产生，但门控后的时钟可能会产生亚稳态。

 

1. 结构-3

这种结构解决了结构-2的亚稳态问题。

 

1. 结构-4

这种带测试模式的结构可以在测试时让时钟一直开着。

 

1. 结构-5

在ASIC进行后端测试的时候，有时候可能会将不同时钟域的逻辑和寄存器连起来进行扫描链插入，此时可能某个模块的时钟来源可能不是通过它原来的时钟路径，而是整个芯片统一的测试时钟，就此时需要对时钟进行选择。

 

 

 

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