0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

浅析SoC芯片的DVFS技术

全栈芯片工程师 来源:全栈芯片工程师 2024-04-05 09:52 次阅读

很多同学问DVFS技术怎么实现的,这里小编就和大家掰扯掰扯SoC芯片的DVFS技术吧。

0af98e2c-edd6-11ee-a297-92fbcf53809c.png

1. DVFS技术介绍

DVFS(Dynamic Voltage and Frequency Scaling)即动态电压频率调节技术,是一种高效的低功耗技术,它通过动态调整工作电压和时钟频率,以达到降低功耗的目的。

在CMOS电路中,功耗主要由动态功耗和静态功耗两部分组成,而DVFS技术主要通过调整这两部分来实现功耗的降低。

2. 动态功耗与静态功耗

在CMOS电路中,动态功耗由以下公式给出:

0b1d6d74-edd6-11ee-a297-92fbcf53809c.png

其中,C 代表负载电容的容值,V 是工作电压,f 为工作频率。从公式可以看出,动态功耗与电压的平方和频率成正比。因此,通过降低电压和频率可以有效减少动态功耗。

静态功耗主要由漏电流引起,可以用以下公式表示:

0b346d44-edd6-11ee-a297-92fbcf53809c.png

其中,I 是漏电流,V 是工作电压。由于静态功耗与电压成正比,降低电压也能显著减少静态功耗。

3. DVFS的实现方式

1)电压

为了实现DVFS,芯片电源模块需要能够提供多级输出电压,通常是通过多个不同输出电压的LDO(Low Dropout Regulator)和选择开关来实现。DVFS控制逻辑会输出控制向量以选择所需的电压,电源管理模块会自动完成电压源的切换。

2)时钟

时钟频率的控制则是通过集成在芯片内部的CGU(Clock Generator Unit)来实现,它可以为系统提供特定频率的时钟信号,对时钟源进行分频或升频。

DVFS技术的实现主要依赖于对工作电压和频率的动态调整。具体来说,可以通过以下两种方式实现:

DVS (Dynamic Voltage Scaling): 通过固定电压-频率对应点来调节电压,适用于对性能要求较为稳定的应用场景。

AVS (Adaptive Voltage Scaling): 能够在一定范围内自由调节电压数值,适用于对性能要求更为灵活的应用场景。

4. DVFS的挑战与策略

在实际应用中,DVFS技术面临着一些挑战,主要包括:

时序收敛: 由于电压和频率的变化,需要在多个工作模式和条件下进行时序收敛,增加了设计的复杂度。

工作负载预测: 为了有效降低功耗,需要准确预测未来的工作负载,选择合适的供电电压和时钟频率。

针对这些挑战,可以采取以下策略:

负载模型: 在一个时间窗口内统计模块工作的时间长度,并设定不同阈值,以触发DVFS转换。就是工作负载的粗略模型可以通过在一个时间窗口内统计模块工作的时间长度来建立,并设定不同的阈值。高阈值对应高电压高频率,低阈值对应低电压低频率。每当统计值穿过阈值边界时,就会触发DVFS的转换。

在实际的系统中,每个CPUDSP可能有自己的独立DVFS调节系统,因此可以根据本模块的特点制定出更精确的负载模型,以取得更优的功耗表现。

调节顺序: 安全的调节机制是,提升功率时先提升电压再提升频率,降低功率时先降低频率再降低电压。

在当前的芯片实现工艺下,更高的频率通常需要更高的供电电压。这是因为更高的频率意味着动态功率消耗的增加,而更高的供电电压可以提供更大的电源功率以满足需求。因此,再次强调,安全的调节机制是:

当需要提升功率时,应先提升供电电压,然后提升时钟频率。

当需要降低功率时,应先降低时钟频率,再降低供电电压。

调节算法可以是软件实现,也可以是硬件实现,具体取决于资源消耗情况和DVFS响应时间的要求。

5. 总结

DVFS技术是数字后端设计中重要的低功耗技术之一。通过动态调整工作电压和频率,可以有效降低芯片的功耗,延长设备的使用寿命,并减少能源消耗。然而,DVFS技术的实施需要克服时序收敛的复杂性和工作负载预测的准确性等挑战。通过合理的策略和精确的控制,DVFS技术能够在保证性能的同时,实现功耗的优化。

审核编辑:黄飞

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 芯片
    +关注

    关注

    452

    文章

    50117

    浏览量

    420325
  • soc
    soc
    +关注

    关注

    38

    文章

    4077

    浏览量

    217680
  • CMOS电路
    +关注

    关注

    0

    文章

    49

    浏览量

    11489
  • DVFS
    +关注

    关注

    1

    文章

    17

    浏览量

    11981

原文标题:SoC芯片的DVFS技术详解

文章出处:【微信号:全栈芯片工程师,微信公众号:全栈芯片工程师】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    东芝开发出SoC省电技术,工作中也能深度休眠

    现在的移动设备用SoC(system on a chip,系统芯片)可谓是省电化技术的集合体。这些SoC配备可根据负荷控制驱动电压和工作频率的DVF
    发表于 04-29 09:28 1857次阅读

    SoC系统级芯片

    SoC,系统级芯片,片上系统,是一个有专用目标的集成电路,其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。同时它又是一种技术,用以实现从确定系统功能开始,到软/硬件划分,并完成设计的整个过程。从狭义角度讲
    发表于 05-24 19:18

    简单介绍SoC与SiP中芯片解密的应用

    ,分别为 SoC(System On Chip)以及 SiP(System In Packet)。但要将不同芯片整合在一颗晶片中,首先就要了解不同芯片的功能及核心技术
    发表于 06-28 15:38

    关于DVFS与AVS

    请问工程师,在SmartReflex中的DVFS与AVS两种方式的区别是什么,谢谢
    发表于 06-21 03:32

    请问是否有其他文档详细的描述Omap-l132芯片DVFS使用方法?

    正在使用Omap-l132芯片,想要使用DVFS做省电。文档《spruh78.pdf》和《omap-l132,pdf》中相关内容较少且较概略,请问是否有其他文档详细的描述此芯片DVFS
    发表于 08-23 07:54

    怎样用SoC技术去设计系统芯片

    如何去界定SoC?怎样用SoC技术去设计系统芯片芯片硬件设计包括哪些?
    发表于 06-21 07:29

    soc芯片的相关资料推荐

    soc芯片即System-on-a-Chip,简单解释就是系统级芯片。它是一个产品,是一个有专用目标的集成电路,其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。同时它又是一种技术,用以实现从确
    发表于 01-25 07:42

    SoC芯片验证技术的研究

    近几年来,SoC 技术已经得到了迅速的发展,随之而来的是 SoC 设计的验证也变得更加复杂,花费的时间和人力成倍增加。一个SoC 芯片的验证
    发表于 08-31 10:33 24次下载

    浅析语音芯片与语音合成芯片的异同

    浅析语音芯片与语音合成芯片的异同         语音合成技术是引领信息社会的重要组成部分,是广大生产厂商提升其
    发表于 04-21 17:09 1307次阅读

    DVFS对程序性能影响模型

    (dynamic voltage frequency scaling,简称DVFS)来提升单节点的能耗表现.但是,DVFS这一类机制同时影响到应用的能源消耗和性能,而这一问题尚未被深入探索.专注于 DVFS 机制对应用程序性能的
    发表于 12-30 14:56 1次下载

    语音接口技术浅析

    语音接口技术浅析
    发表于 11-01 08:27 1次下载
    语音接口<b class='flag-5'>技术</b><b class='flag-5'>浅析</b>

    linux cpu dvfs介绍

    CPU dvfs(dynamic voltage frequency scaling)子系统负责cpu运行时,对其频率及电压进行调整,以求性能满足的前提下,cpu的功耗尽可能低。
    的头像 发表于 03-07 11:36 2005次阅读

    最新SOC芯片技术发展

    随着科技的飞速发展,系统级芯片(System on Chip, SOC技术也在不断进步。SOC芯片将多个电子电路集成在一个单一的集成电路(
    的头像 发表于 10-31 14:41 107次阅读

    SOC芯片与传统芯片的区别

    随着电子技术的发展,芯片技术也在不断进步。SOC(System on Chip)芯片作为一种高度集成的集成电路,已经成为现代电子设备中不可或
    的头像 发表于 10-31 14:51 181次阅读

    低功耗SOC芯片的优势

    性能的同时降低能耗。这对于移动设备尤为重要,因为它们依赖电池供电,且用户对电池寿命有较高要求。 节能技术 :通过使用先进的制程技术、优化的电路设计和智能电源管理,低功耗SOC芯片能够显
    的头像 发表于 10-31 14:52 181次阅读