低功耗和UPF介绍

前言

根据个人对网上公开资料的理解做相关解释说明，并引用部分图片和内容做补充说明，相关链接放在文后。

一、概述

IEEE1801 UPF   -- A brief introduction and overview

Unified Power Format (UPF) 用于描述 power intent（供电意图）的标准，基于TCL语言编写。
目前，最新版的UPF为UPF3.0 1801-2018。

Synopsys 推荐的仿真涉及三个阶段

1. 逻辑综合前RTL+UPF :
   RTL model未插入Low Power cells（isolation cells, level shifters......) 和 power and ground (PG) net。VCS NLP根据UPF插入虚拟cells和net
    
2. 逻辑综合后Gate-level netlist + UPF’:
   DC综合后产生UPF’ (UPF prime)，此时网表插入了isolation cells，level shifters，retention registers，但PG net和power switches还没有。
   这一阶段的仿真，需要gate-level netlist，UPF’ file以及 .db file。( .db是binary格式，描述 Cell 每个 Pin 和电源直接的依赖关系，由test格式的.lib转化得到）此阶段仿真非必须。
    

3. 物理实现后Gate-level netlist + UPF" 或者Gate-level netlist with PG pin：
   经过IC Compiler，IC Compiler II， 或者 Fusion Compiler布局布线后，会产生UPF" (UPF double-prime)。
   这时没有必要使用VCS NLP跑带UPF" 的仿真了，可以直接跑PG Netlist的仿真。
   PG Netlist包含UPF中定义的各种low power cells，以及PG pin组成的供电网络，可直接使用vcs仿真。

UPF(Unified Power Format) 统一的功耗管理格式，UPF file作为Golden file，贯穿整个流程，指导工具实现。

SDC时序约束为Timing Spec；UPF为 POWER DESIGN SPEC，传递给后端作为输入文件，需要保证其为 Golden File。

二、Components of UPF

1. Power Domain：设计中的一组元素，它们共享一组公共的电源。默认情况下，电源域中的所有逻辑元素使用相同的主电源和主地。

• 每个domain 都有一个scope和一个extent
• scope是这个电压域被定义的逻辑层次，而extent则是属于这个电压域的逻辑元素集合。

2.Power Supply Network ：配电抽象描述(端口、网络、成套设备和交换机)

3. Power State table：不同电源域的组合状态

4. Isolation Strategies：当一个电源域的主电源被拆除时，该如何隔离电源域的接口

5. Retention Strategies (regs are retained when power down, Dubhe doed not include)

6. Level Shifter Strategies：信号连接不同的电源域有不同的电压

7. Power Switch

2.1、Power Domains

2.2、Supply Sets

• supply nets 和supply ports: 每个scope都有一组supply nets 和 ports 在特定的层次结构上。

  • supply net 是在给定的电源区域内承载电源电压或接地的导体，跨越多个电压域的net被定义为“reused".

  • supply port 是设计层次结构的两个相邻层次之间、层次结构的父块和子块之间的电源连接点。

  • supply net 通过 supply port从设计层次结构的一个层次跨越到下一个层次

• supply set: 是一个supply nets的抽象集合,一般就是一根vdd一根gnd的net。

  • 是domain-independent的，在supply set中的power和ground可以被任意在该scope中定义的power domain使用。

• supply set handle: 给一个power domain定义的抽象supply set。

  • 默认情况下，每个电源domain有supply set handle for domain’s primary supply set, a default isolation
    supply set, and a default retention supply set.

  • supply set handle允许您在为电源域创建任何电源集、电源网络和电源端口之前综合设计。

 2.3、Simstates
       

 2.4、Power State
        

• power state table: 列出本设计中所有电源域的电压值和电源开关状态的允许组合。

 2.5、Power Switches
        

• power switch: 是一个装置，打开和关闭电源的供应网络。一个开关有一个输入供应网，一个输出供应网，以及至少一个用于控制开关的输入信号,可以通过多个信号控制，也可以输出多个信号。

 2.6、Isolation Strategies

isolation cell: 在电压域关闭期间生成一个已知的逻辑值。

• 连在被关断的block后，提供一个常值输出防止关断后出现X态。例如下图，block关断后P_UP置为0，输出常值0

        

 2.7、Level Shifting Strategies

• level shifter: 电平移位器将信号从第一个域的电压摆幅转换为第二个域的电压摆幅。

当两个不同电压域的信号有通信时，需要加level-shifter cell来转换电平。

 2.8、Retention Strategies
       

• retention registers：在具有电源开关的电源域中，在关机期间必须保留数据的任何寄存器都必须实现为保留寄存器。保留寄存器有一个单独的、始终在线的供应网络，有时称为备份供电，它在域的主供电关闭时保持保留寄存器中的数据稳定。

 2.9、Successive Refinement of Power Intent
        

参考

1、作者	博文
	IEEE1801 UPF --- A brief introduction and overview
	低功耗验证 (二）UPF，低功耗流程，VCS NLP
	Lower power design & UPF 学习
	低功耗设计——基于UPF进行设计

[UPF]低功耗（Low Power Design）and UPF介紹