电子工程专辑 - 突破低功耗设计瓶颈，国产EDA工具挑大梁

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功耗设计是芯片设计的重要挑战之一，无论是最先进芯片制程，还是成熟工艺制程，功耗的设计都会是一个很大的挑战。因此，不但需要IC设计流程的每一步都必须考虑低功耗设计，还要求设计团队、IP供应商以及工具和解决方案提供商之间展开密切协作。

如何降低芯片功耗目前已经成为半导体产业的热点问题。尤其是近年来，人工智能、5G、大数据中心、汽车等应用带来的IC功能和复杂度呈爆炸性增长态势，使得SoC芯片低功耗设计的重要性与日俱增。传统上对于IC设计企业来说，提高芯片性能最直接的做法就是通过先进的制程工艺来解决，然而，当制程工艺变得越来越先进，单位面积上的晶体管数量成倍增加，即使单个晶体管的功耗随着工艺的进步而降低，但是芯片整体的功耗依然是制约芯片功能的一个重要因素。

清华大学魏少军教授在ICCAD 2022会议上从另外一个角度提出中国IC企业面临的挑战，魏教授指出中国的IC设计已经到了不能仅靠采取更新的工艺来提升产品竞争力的阶段，更多的是需要创新的架构、方法学并配合先进的设计工具来满足产品竞争力的需求。低功耗设计就是其中的一条有效提升产品竞争力的途径，配合创新的架构和设计方法学就有可能在28nm工艺上做出同比14nm性能或更高性能的芯片。

所以不论是从先进工艺IC设计还是成熟节点IC设计，功耗都是IC设计师需要面对和解决的挑战。下图显示了集成电路中功率密度趋势和功率设计需求的对比，随着摩尔定律的演进，集成电路的面积逐步缩小，而其单位面积的功耗不降反升。随着温度的升高，漏电流也会增加，从而导致更大的功耗。据实验显示，温度升高还会导致芯片的平均故障率呈指数上升。通过低功耗设计手段不仅可以实现节能，还可以延长产品寿命。继续阅读