UPF 3.0全新电源设计标准面世

　　3.0版统一功率格式（Unified Power Format，UPF）──官方名称为IEEE Standard 1801-2015──已经在2015年12月获得IEEE批准，并将准备好在今年稍早发布；如同前一代标准，UPF 3.0将透过EDA与半导体产业标准组织Accellera 的捐赠免费提供。

　　第一代UPF自2007年问世以来已经将近9年，从那时候开始，该标准历经三代；遗憾的是，EDA业者对于UPF的支援进度稍嫌落后，这会影响到UPF被如何纳入设计中，使得工程师们无法利用最新的功能。

　　最新的3.0标准提供了一些额外的强化，以解决在复杂系统单晶片（SoC）对功耗设计意图（power intent）的描述；其功能包括经强化的电源状态与转换支援、系统级功率支援、新的资讯模型与编程介面，还有由下至上的流程支援。新版本并纳入了11个新的UPF指令。

　　在进一步介绍UPF 3.0之前，我们先来回顾这个标准的发展历程：

　　UPF 1.0

　　Accellera在2007年通过了1.0版的UPF草案，之后该组织将此标准在该年度捐赠给IEEE；UPF是Tcl语言的扩展，1.0版本包含32个指令，提供IC设计工程师一种独立的硬体设计语言（hardware design language，HDL），用以注解电源设计意图。

　　更具体地说，低功耗需求以及约束能在超大型积体电路（VLSI）设计流程中的非常早期阶段表明，例如在RTL （register transfer level）阶段；让电子系统设计能将电源/功率列为关键考量因素。UPF被用来在一个设计中划分电源域，每个电源域分别由供电网路的供应埠、电源开关以及供应网来启动，不同电源域能采取不同策略，以在电源域开关切换时控制逻辑值。

　　隔离（Isolation）策略是用以确保断电设计元素未定义的输出，不会从那些没有断电的设计元素中消耗电源；还可以确保特定的逻辑值是由电源域的输出所驱动。保留（Retention）策略则是指定电源域中有哪些对象需要在断电时被保留；电平转换（Level shifter）策略将输入电压摆幅的讯号值，转译为不同的输出电压摆幅。

　　UPF 2.0

　　UPF 2.0即是IEEE Standard 1801-2009，在2009年公布，加入了57个新指令；这个新版本还包含了对先前已存在之指令的大致改善。此外也加入了逐步改善的供应集（Supply sets）概念，用以查询HDL设计资料的find_objects指令，以及大量的查询指令。

　　加总仍然有效的UPF 1.0指令，UPF 2.0包含88个指令：49个功耗设计意图（Power Intent），以及39个查询（Query）指令。

　　UPF 2.0与2.2

　　在2013年，UPF 2.1 （即IEEE Standard 1801-2013）发布了11条新UPF指令，新版本包括对现存指令的进一步改善，并导入了功率模型以及中继（repeater）策略，还有一些电源管理单元定义指令。与原UPF 2.0指令合计，UPF 2.1包含86个指令：46个功耗设计意图、6个电源管理，以及34个查询指令。

　　接着不久之后，IEEE Standard 1801a-2014、也就是UPF 2.2在2014年问世；这个版本并没有加入新指令，也没有任何指令移除或是取消。此版本修正了一些UPF 2.1中的技术与编辑性错误，消除了与电源状态、电源供应、优先顺序规则与电源管理单元位置的语意描述上的模棱两可与不一致。

　　UPF 3.0有什么新内容？

　　最新的UPF 3.0──IEEE Standard 1801-2015则是在2015年底完成；这个新版本加入了11个新指令，与原有的UPF 2.2指令加总，共有62个指令，包括51个功耗设计意图、6个电源管理以及5个查询指令。

　　此外还包括对电源状态与转换建模的强化概念，以及对逐步改善支援的进展，还有从下至上的布署方案；这个版本的标准还导入了详细的资讯模型，能做为强化整套UPF功能与查询功能的基础。还有该标准现在提供对零组件功率建模的支援，以在虚拟原型制作应用中进行系统级功率分析。

　　产业界对UPF的支援

　　已经有一些EDA工具能支援最新版本UPF版本，例如Verific Design Automation的方案；除了在语法上解析并分析整个UPF语言，一个最新的UPF解析器（parser）应该要能保留与所有UPF物件来源与更新源相关的行/档案资讯。

　　典型的UPF设计流程

　　此外需要一个灵活的讯息处理程序（message handler），来为错误/警告/资讯等讯息排先后顺序或忽略讯息；一旦有UPF规格已经被全面分析与解决，设计工程师应该要能全面浏览完整的功耗设计意图资料结构，并将之与任何随附的RTL或网表（netlist）内容相关连。