大多數(shù)計(jì)算機(jī)設(shè)備容量用伏安(VA)表示,最近有些計(jì)算機(jī)開始用瓦特(W)表示容量(最著名的DEC和IBM)。但總體而言還是用VA的多。所以不斷電系統(tǒng)(UPS)用VA表示容量更能反映出其和負(fù)載的匹配程度。而TDP是指CPU電流熱效應(yīng)以及其他形式產(chǎn)生的熱能,他們均以熱的形式釋放。CPU的功耗很大程度上是對(duì)主板提出的要求,要求主板能夠提供相應(yīng)的電壓和電流;而TDP是對(duì)散熱系統(tǒng)提出要求,要求散熱系統(tǒng)能夠把CPU發(fā)出的熱量散掉,也就是說,TDP是要求CPU的散熱系統(tǒng)必須能夠驅(qū)散的最小總熱量。

熱設(shè)計(jì)功耗造價(jià)信息

市場(chǎng)價(jià) 信息價(jià) 詢價(jià)
材料名稱 規(guī)格/型號(hào) 市場(chǎng)價(jià)
(除稅)
工程建議價(jià)
(除稅)
行情 品牌 單位 稅率 供應(yīng)商 報(bào)價(jià)日期
采集網(wǎng)關(guān) 工作頻率:223-235MHz,接口方式:標(biāo)準(zhǔn)RS-485/RS-232,接口速率:1200/2400bps,交流輸入電壓:AC220V±20% 50Hz ,接口數(shù)量:32個(gè) 查看價(jià)格 查看價(jià)格

華三

個(gè) 13% 廣州市文聰計(jì)算機(jī)科技有限公司
建筑能分析軟件 品種:PC客戶端軟件;產(chǎn)品說明:數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、建筑信息、檢測(cè)儀表產(chǎn)品信息.檢測(cè)儀表使用信息、部門信息、計(jì)量支路配置、用戶管理、權(quán)限管理 查看價(jià)格 查看價(jià)格

安科瑞

13% 山西易爾易科技有限公司
監(jiān)測(cè)軟件 數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳接收服務(wù)軟件 查看價(jià)格 查看價(jià)格

安科瑞

13% 江蘇安科瑞電器制造有限公司
建筑能分析軟件 品種:PC客戶端軟件;產(chǎn)品說明:建筑用能監(jiān)測(cè)、氣象信息監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)集抄、用能立式數(shù)據(jù)查詢、計(jì)量數(shù)據(jù)檢查、分類分項(xiàng)能統(tǒng)計(jì)、用戶支路能統(tǒng)計(jì)、用 查看價(jià)格 查看價(jià)格

安科瑞

13% 山西易爾易科技有限公司
數(shù)據(jù)采集器 1)工作電源:AC220V±10% 50±1Hz 功耗<15W(不含負(fù)載儀表的功耗)2)同一臺(tái)數(shù)據(jù)采集器能夠同時(shí)對(duì)熱量表、時(shí)間型計(jì)費(fèi)器等空調(diào) 查看價(jià)格 查看價(jià)格

艾科

個(gè) 13% 廣東艾科技術(shù)股份有限公司
數(shù)據(jù)采集器 1、DC24V供電 4路RS485 2、支持水電氣暖多種計(jì)量?jī)x協(xié)議 查看價(jià)格 查看價(jià)格

康沃思物聯(lián)

個(gè) 13% 江西康沃思物聯(lián)技術(shù)有限公司
數(shù)據(jù)采集器 Ethernet網(wǎng)口:RJ45接口10/100M(內(nèi)嵌2KV電磁隔離 浪涌10/700us共模:2000V/差模1000V)自適應(yīng)MDI/M 查看價(jià)格 查看價(jià)格

智易時(shí)代

13% 天津智易時(shí)代科技發(fā)展有限公司
數(shù)據(jù)采集器 WEGW-1000 查看價(jià)格 查看價(jià)格

威勝

臺(tái) 13% 上海眾平科陸電子銷售部
材料名稱 規(guī)格/型號(hào) 除稅
信息價(jià)
含稅
信息價(jià)
行情 品牌 單位 稅率 地區(qū)/時(shí)間
二位信息電視插座面板 PF1323 查看價(jià)格 查看價(jià)格

個(gè) 湛江市2007年3季度信息價(jià)
四位信息電視插座面板 PF1343 查看價(jià)格 查看價(jià)格

個(gè) 湛江市2007年3季度信息價(jià)
二位數(shù)據(jù)語(yǔ)音插座 PF1324(含一位數(shù)據(jù)和一位語(yǔ)音模塊) 查看價(jià)格 查看價(jià)格

個(gè) 湛江市2007年3季度信息價(jià)
智能紅外光束接口模塊 LD-FT6209(編碼型,"線型紅外光束感煙探測(cè)器"配套,可報(bào)探測(cè)器故障) 查看價(jià)格 查看價(jià)格

個(gè) 珠海市2005年6月信息價(jià)
智能紅外光束接口模塊 LD-FT6209(編碼型,"線型紅外光束感煙探測(cè)器"配套,可報(bào)探測(cè)器故障) 查看價(jià)格 查看價(jià)格

個(gè) 珠海市2005年5月信息價(jià)
智能紅外光束接口模塊 LD-FT6209(編碼型,"線型紅外光束感煙探測(cè)器"配套,可報(bào)探測(cè)器故障) 查看價(jià)格 查看價(jià)格

個(gè) 珠海市2005年4月信息價(jià)
智能紅外光束接口模塊 LD-FT6209(編碼型,"線型紅外光束感煙探測(cè)器"配套,可報(bào)探測(cè)器故障) 查看價(jià)格 查看價(jià)格

個(gè) 珠海市2005年1月信息價(jià)
智能紅外光束接口模塊 LD-FT6209(編碼型,"線型紅外光束感煙探測(cè)器"配套,可報(bào)探測(cè)器故障) 查看價(jià)格 查看價(jià)格

個(gè) 珠海市2005年3月信息價(jià)
材料名稱 規(guī)格/需求量 報(bào)價(jià)數(shù) 最新報(bào)價(jià)
(元)
供應(yīng)商 報(bào)價(jià)地區(qū) 最新報(bào)價(jià)時(shí)間
功耗內(nèi)存 產(chǎn)品號(hào):604500-B21 HP 4GB 1Rx4 PC3L-10600R-9 Kit|9877套 1 查看價(jià)格 廣州思遨信息科技有限公司 廣東  廣州市 2015-05-16
功耗遠(yuǎn)程測(cè)控終端 詳見原檔|9套 1 查看價(jià)格 北京創(chuàng)臻環(huán)境技術(shù)有限公司 全國(guó)   2021-03-31
功耗視頻攝像頭(4G) 陣列,低功耗,照射距離可達(dá)100m4、支持人臉抓拍功能,支持對(duì)運(yùn)動(dòng)人臉進(jìn)行檢測(cè)、跟蹤、抓拍5、具備低功耗功能,紅外開啟、云臺(tái)開啟、運(yùn)動(dòng)畫面情況下功耗≤15W;紅外關(guān)閉、云臺(tái)關(guān)閉、靜止畫面情況下功耗≤5W|67個(gè) 1 查看價(jià)格 山東競(jìng)道光電科技有限公司 全國(guó)   2022-07-14
功耗4G網(wǎng)絡(luò)高清球 1.名稱:低功耗4G網(wǎng)絡(luò)高清球2.技術(shù)參數(shù):200萬(wàn)像素1/2.8英 寸cmOS圖像傳感器,內(nèi)置150米紅 外燈補(bǔ)光鏡頭焦距4.8mm-110mm,支持23倍光學(xué)變倍,最大支持256G Micro SD卡,內(nèi)置MIC支持4G功 能,支持電信,移動(dòng),聯(lián)通三大運(yùn)營(yíng)商.|5套 1 查看價(jià)格 河南元豐科技網(wǎng)絡(luò)股份有限公司 廣東   2022-04-27
功耗4G網(wǎng)絡(luò)高清槍 1.名稱:低功耗4G網(wǎng)絡(luò)高清槍2.技術(shù)參數(shù):200萬(wàn)像素1/2.8cmOS圖像傳感器,最大紅外監(jiān)控距離80米,最大暖光補(bǔ)光距離 30米鏡頭焦距8mm,最大支持256GMicro SD,內(nèi)置 MIC支持4G功能,支持電信,移動(dòng),聯(lián)通三大運(yùn)營(yíng)商|34套 1 查看價(jià)格 河南元豐科技網(wǎng)絡(luò)股份有限公司 廣東   2022-04-27
流程設(shè)計(jì)套件 拼插式結(jié)構(gòu),易于組裝和拆卸,可重復(fù)使用.由各種顆粒、軸承、軸、輪、齒輪、連接件特殊件組成,用ABS材料制作.能搭建火中逃生、蓋房子、積木分揀流程的設(shè)計(jì)優(yōu)化、積木分揀流程的優(yōu)化等活動(dòng)項(xiàng)目.|28套 2 查看價(jià)格 廣州市熹尚科技設(shè)備有限公司 全國(guó)   2020-04-10
功耗球形攝像機(jī) 防護(hù)等級(jí)不低于IP65,帶紅外功能,帶無線路由及現(xiàn)場(chǎng)錄像存儲(chǔ)功能. 網(wǎng)絡(luò),≥200萬(wàn)像素,1/2.8"cmOS,超寬動(dòng)態(tài),支持低碼率 4.7-94mm,20倍光學(xué)變焦,0.05 Lux ,≥128個(gè)預(yù)置位 水平360°,垂直-15°-90°,日夜型. DC12V,正常使用時(shí)最大功率%%13220W, 靜止圖像模式時(shí)功率%%1325W,休眠狀態(tài)功率%%1323W|1臺(tái) 3 查看價(jià)格 廣州天銳信息工程有限公司 全國(guó)   2021-05-10
壁腳燈(功耗≤0.2瓦,220V-) 5UH82453NC03 遠(yuǎn)景金棕色|8701個(gè) 1 查看價(jià)格 杭州燈具市場(chǎng)恒瑞照明電器商行 浙江  杭州市 2015-12-15

TDP是CPU電流熱效應(yīng)以及CPU工作時(shí)產(chǎn)生的單位時(shí)間熱量。TDP功耗通常作為電腦(臺(tái)式)主板設(shè)計(jì)、筆記本電腦散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)、大型電腦散熱設(shè)計(jì)等散熱/降耗設(shè)計(jì)的重要參考指標(biāo)。TDP越大,表明CPU在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生的單位時(shí)間熱量越大。對(duì)于散熱系統(tǒng)來說,需要將TDP作為散熱能力設(shè)計(jì)的最低標(biāo)準(zhǔn),也就是散熱系統(tǒng)至少要能散出TDP數(shù)值所表示的單位時(shí)間熱量。例如,一個(gè)筆記型電腦的CPU散熱系統(tǒng)可能被設(shè)計(jì)為20W TDP,這代表了它可以消散20W的熱功率(可能是通過主動(dòng)式散熱手段如使用風(fēng)扇,或是被動(dòng)式散熱手段如熱管散熱)而不超出芯片的最大結(jié)溫。

TDP一旦確定,就確保了電腦在不超出熱維護(hù)的情況下有能力運(yùn)行程序,而不需要安裝一個(gè)“強(qiáng)悍”,同時(shí)多花費(fèi)添置沒有什么額外效果的散熱系統(tǒng)。

熱設(shè)計(jì)功耗的含義是當(dāng)芯片達(dá)到最大負(fù)荷的時(shí)候〔單位為瓦(W)〕熱量釋放的指標(biāo),是電腦的冷卻系統(tǒng)必須有能力驅(qū)散熱量的最大限度,但不是芯片釋放熱量的功率。

一般TDP主要應(yīng)用于CPU,CPUTDP值對(duì)應(yīng)系列CPU 的最終版本在滿負(fù)荷(CPU 利用率為100%的理論上)可能會(huì)達(dá)到的最高散熱熱量,散熱器必須保證在處理器TDP最大的時(shí)候,處理器的溫度仍然在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)。

注意:由于CPU的核心電壓與核心電流時(shí)刻都處于變化之中,這樣CPU的實(shí)際功耗(其值:功率P=電流I×電壓U)也會(huì)不斷變化,因此TDP值并不等同于CPU的實(shí)際功耗,更沒有算術(shù)關(guān)系。

舉例來說,Pentium E2160 TDP為65W,而實(shí)際運(yùn)行中的平均功耗僅19W。

由于廠商提供的TDP數(shù)值肯定留有一定的余地,對(duì)于具體的處理器而言,TDP應(yīng)該大于CPU的峰值功耗。

熱設(shè)計(jì)功耗“CPU功耗”與TDP常見問題

  • 求問下cpu風(fēng)扇功耗越大越好嗎?

    步驟/方法 1   故障現(xiàn)象:在無法忍受老機(jī)的“龜速”之后,筆者將自己的電腦升級(jí)到如下配置:AMD   Ahtlon(XP)1800+,HY  ...

  • 功耗的計(jì)算公式

    功耗等于輸入功率減去輸出功率,電阻的功耗是電阻的壓降乘以流過的電流

  • ledlcd功耗哪個(gè)比較大

    您好,LCD指的是液晶屏,LED顯示器也是液晶屏,所以LED的液晶屏也輸入LCD的一種。準(zhǔn)確來說,現(xiàn)在指的LED是指液晶屏中的背光模塊不同種類而已。液晶面板有幾種,TN   ,IP...

可配置TDP(cTDP)也稱為可編程TDP或TDP功耗上限,是后續(xù)英特爾移動(dòng)處理器(截至2014年1月)和AMD處理器(截至2012年6月)的運(yùn)行模式,允許調(diào)整其TDP值。通過修改處理器行為及其性能級(jí)別,可以改變處理器的功耗,同時(shí)改變其TDP。這樣,處理器可以在更高或更低的性能水平下運(yùn)行,具體取決于可用的制冷能力和所需的功耗。

支持cTDP的英特爾處理器提供三種操作模式:

  • 標(biāo)稱TDP- 這是處理器的額定頻率和TDP。

  • cTDP down- 當(dāng)需要更冷或更安靜的操作模式時(shí),此模式指定較低的TDP和較低的保證頻率與標(biāo)稱模式。

  • cTDP啟動(dòng)- 當(dāng)額外冷卻可用時(shí),此模式指定較高的TDP和較高的保證頻率(相對(duì)于標(biāo)稱模式)。

例如,某些移動(dòng)Haswell處理器支持cTDP up,cTDP down或兩種模式。作為另一個(gè)例子,一些AMDOpteron處理器和KaveriAPU可以配置為較低的TDP值。IBM的POWER8處理器通過其嵌入式片上控制器(OCC)實(shí)現(xiàn)了類似的功率封頂功能。 2100433B

熱設(shè)計(jì)功耗“CPU功耗”與TDP文獻(xiàn)

低功耗CPU卡智能水表設(shè)計(jì) 低功耗CPU卡智能水表設(shè)計(jì)

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低功耗CPU卡智能水表設(shè)計(jì)

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基于低功耗CPU卡智能預(yù)付費(fèi)水表設(shè)計(jì) 基于低功耗CPU卡智能預(yù)付費(fèi)水表設(shè)計(jì)

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CPU卡作為特殊的嵌入式操作系統(tǒng)的微控制器,已經(jīng)呈現(xiàn)出越來越旺盛的生命力。介紹了用16位超低功耗單片機(jī)MSP430F413來開發(fā)CPU卡智能水表,分析了各模塊的硬軟件設(shè)計(jì)。

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低功耗IC設(shè)計(jì)

微處理器的低功耗設(shè)計(jì)技術(shù),首先必須了解它的功耗來源。其中時(shí)鐘單元(Clock)功耗最高,因?yàn)闀r(shí)鐘單元有時(shí)鐘發(fā)生器、時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)、時(shí)鐘樹和鐘控單元的時(shí)鐘負(fù)載;數(shù)據(jù)通路(Datapath)是僅次于時(shí)鐘單元的部分,其功耗主要來自運(yùn)算單元、總線和寄存器堆。除了上述兩部分,還有存儲(chǔ)單元(Memory),控制部分和輸入/輸出(Control,I/O)。存儲(chǔ)單元的功耗與容量相關(guān)。

CMOS電路功耗主要由3部分組成:電路電容充放電引起的動(dòng)態(tài)功耗,結(jié)反偏時(shí)漏電流引起的功耗和短路電流引起的功耗。其中,動(dòng)態(tài)功耗是最主要的,占了總功耗的90%以上。

常用的低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)

低功耗設(shè)計(jì)足一個(gè)復(fù)雜的綜合性課題。就流程而言,包括功耗建模、評(píng)估以及優(yōu)化等;就設(shè)計(jì)抽象層次而言,包括自系統(tǒng)級(jí)至版圖級(jí)的所有抽象層次。同時(shí),功耗優(yōu)化與系統(tǒng)速度和面積等指標(biāo)的優(yōu)化密切相關(guān),需要折中考慮。下面討論常用的低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)。

1) 動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)

動(dòng)態(tài)功耗與工作電壓的平方成正比,功耗將隨著工作電壓的降低以二次方的速度降低,因此降低工作電壓是降低功耗的有力措施。但是,僅僅降低工作電壓會(huì)導(dǎo)致傳播延遲加大,執(zhí)行時(shí)間變長(zhǎng)。然而,系統(tǒng)負(fù)載是隨時(shí)間變化的,因此并不需要微處理器所有時(shí)刻都保持高性能。動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)DVS(Dynarnic Voltage Scaling)技術(shù)降低功耗的主要思路是根據(jù)芯片工作狀態(tài)改變功耗管理模式,從而在保證性能的基礎(chǔ)上降低功耗。在不同模式下,工作電壓可以進(jìn)行調(diào)整。為了精確地控制DVS,需要采用電壓調(diào)度模塊來實(shí)時(shí)改變工作電壓,電壓調(diào)度模塊通過分析當(dāng)前和過去狀態(tài)下系統(tǒng)工作情況的不同來預(yù)測(cè)電路的工作負(fù)荷。

2) 門控時(shí)鐘和可變頻率時(shí)鐘

在微處理器中,很大一部分功耗來自時(shí)鐘。時(shí)鐘是惟一在所有時(shí)間都充放電的信號(hào),而且很多情況下引起不必要的門的翻轉(zhuǎn),因此降低時(shí)鐘的開關(guān)活動(dòng)性將對(duì)降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗產(chǎn)牛很大的影響。門控時(shí)鐘包括門控邏輯模塊時(shí)鐘和門控寄存器時(shí)鐘。門控邏輯模塊時(shí)鐘對(duì)時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行劃分,如果在當(dāng)前的時(shí)鐘周期內(nèi),系統(tǒng)沒有用到某些邏輯模塊,則暫時(shí)切斷這些模塊的時(shí)鐘信號(hào),從而明顯地降低開關(guān)功耗。采用"與"門實(shí)現(xiàn)的時(shí)鐘控制電路。門控寄存器時(shí)鐘的原理是當(dāng)寄存器保持?jǐn)?shù)據(jù)時(shí),關(guān)閉寄存器時(shí)鐘,以降低功耗。然而,門控時(shí)鐘易引起毛刺,必須對(duì)信號(hào)的時(shí)序加以嚴(yán)格限制,并對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)的時(shí)序驗(yàn)證。

另一種常用的時(shí)鐘技術(shù)就是可變頻率時(shí)鐘。它根據(jù)系統(tǒng)性能要求,配置適當(dāng)?shù)臅r(shí)鐘頻率以避免不必要的功耗。門控時(shí)鐘實(shí)際上是可變頻率時(shí)鐘的一種極限情況(即只有零和最高頻率兩種值),因此,可變頻率時(shí)鐘比門控時(shí)鐘技術(shù)更加有效,但需要系統(tǒng)內(nèi)嵌時(shí)鐘產(chǎn)生模塊PLL,增加了設(shè)計(jì)復(fù)雜度。去年Intel公司推出的采用先進(jìn)動(dòng)態(tài)功耗控制技術(shù)的Montecito處理器,就利用了變頻時(shí)鐘系統(tǒng)。該芯片內(nèi)嵌一個(gè)高精度數(shù)字電流表,利用封裝上的微小電壓降計(jì)算總電流;通過內(nèi)嵌的一個(gè)32位微處理器來調(diào)整主頻,達(dá)到64級(jí)動(dòng)態(tài)功耗調(diào)整的目的,大大降低了功耗。

3) 并行結(jié)構(gòu)與流水線技術(shù)

并行結(jié)構(gòu)的原理是通過犧牲面積來降低功耗。將一個(gè)功能模塊復(fù)制為n(n≥2)個(gè)相同的模塊,這些模塊并行計(jì)算后通過數(shù)據(jù)選擇器選擇輸出,采用二分頻的并行結(jié)構(gòu)。

并行設(shè)計(jì)后,由于有多個(gè)模塊同時(shí)工作,提高了吞吐能力,可以把每個(gè)模塊的速度降低為原來的l/n。根據(jù)延時(shí)和工作電壓的線性關(guān)系,工作電壓可以相應(yīng)降低為原來的l/n,電容增大為原來的n倍,工作頻率降低為原來的l/n,根據(jù)式(1)功耗降低為原來的1/n2。并行設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是算法設(shè)計(jì),一般算法中并行計(jì)算的并行度往往比較低,并行度高的算法比較難開發(fā)。例如:若原模塊的功耗為P=a×CL×V2dd×f,采用二分頻結(jié)構(gòu),由于增加了一個(gè)模塊和數(shù)據(jù)選擇器,整個(gè)電容負(fù)載為2.2CL,工作頻率為f/2,工作電壓可以降為O.6 V,則其功耗為:

由此可見,二分頻并行結(jié)構(gòu)在保持原有電路性能的同時(shí)降低了60%的功耗。

流水線技術(shù)本質(zhì)上也是一種并行。把某一功能模塊分成n個(gè)階段進(jìn)行流水作業(yè),每個(gè)階段由一個(gè)子模塊來完成,在子模塊之間插入寄存器,如圖5所示。若工作頻率不變,對(duì)某個(gè)模塊的速度要求僅為原來的1/n,則工作電壓可以降低為原來的1/n,電容的變化不大(寄存器面積占的比例很小),功耗可降低為原來的1/n2,面積基本不變,但增加了控制的復(fù)雜度。例如,若原模塊的功耗為P=α×C1×V2dd×f,采用流水線技術(shù),由于增加了寄存器,整個(gè)電容負(fù)載為1.2CL,工作頻率不變,工作電壓降為0.6 V,則其功耗為

:

由此可見,流水線技術(shù)能顯著降低系統(tǒng)功耗。

通過流水線技術(shù)和并行結(jié)構(gòu)降低功耗的前提是電路工作電壓可變。如果工作電壓固定,則這兩種方法只能提高電路的工作速度,并相應(yīng)地增加了電路的功耗。在深亞微米工藝下,工作電壓已經(jīng)比較接近閾值電壓,為了使工作電壓有足夠的下降空間,應(yīng)該降低闊值電壓;但是隨著閾值電壓的降低,亞閾值電流將呈指數(shù)增長(zhǎng),靜態(tài)功耗迅速增加。因此,電壓的下降空間有限。

4) 低功耗單元庫(kù)

設(shè)計(jì)低功耗單元庫(kù)是降低功耗的一個(gè)重要方法,包括調(diào)整單元尺寸、改進(jìn)電路結(jié)構(gòu)和版圖設(shè)計(jì)。用戶可以根據(jù)負(fù)載電容和電路延時(shí)的需要選擇不同尺寸的電路來實(shí)現(xiàn),這樣會(huì)導(dǎo)致不同的功耗,因此可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)不同尺寸的單元。同時(shí),為常用的單元選擇低功耗的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu),如觸發(fā)器、鎖存器和數(shù)據(jù)選擇器等。

5) 低功耗狀態(tài)機(jī)編碼

狀態(tài)機(jī)編碼對(duì)信號(hào)的活動(dòng)性具有重要影響,通過合理選擇狀態(tài)機(jī)狀態(tài)的編碼方法,減少狀態(tài)切換時(shí)電路的翻轉(zhuǎn),可以降低狀態(tài)機(jī)的功耗。其原則是:對(duì)于頻繁切換的相鄰狀態(tài),盡量采用相鄰編碼。例如:Gray碼在任何兩個(gè)連續(xù)的編碼之間只有一位的數(shù)值不同,在設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器時(shí),使用Gray碼取代二進(jìn)制碼,則計(jì)數(shù)器的改變次數(shù)幾乎減少一半,顯著降低了功耗;在訪問相鄰的地址空間時(shí),其跳變次數(shù)顯著減少,有效地降低了總線功耗。

6) Cache的低功耗設(shè)計(jì)

作為現(xiàn)代微處理器中的重要部件,Cache的功耗約占整個(gè)芯片功耗的30%~60%,因此設(shè)計(jì)高性能、低功耗的Cach結(jié)構(gòu),對(duì)降低微處理器的功耗有明顯作用。Cache低功耗設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于降低失效率,減少不必要的操作。通常用來降低Cache功耗的方法有以下兩種:一種是從存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)出發(fā),設(shè)計(jì)低功耗的存儲(chǔ)器,例如采用基于CAM的Cache結(jié)構(gòu);另一種是通過減少對(duì)Cache的訪問次數(shù)來降低功耗。

以上主要是從硬件的角度來實(shí)現(xiàn)功耗的降低。除了硬件方法,通過軟件方面的優(yōu)化,也能顯著地降低功耗。例如:在Crusoe處理器中,采用高效的超長(zhǎng)指令(VLIW)、代碼融合(Code Morphing)技術(shù)、LongRun電源管理技術(shù)和RunCooler工作溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)等創(chuàng)新技術(shù),獲得了良好的低功耗效果。

在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,低功耗設(shè)計(jì)(Low-Power Design)是許多設(shè)計(jì)人員必須面對(duì)的問題。

1)選用節(jié)能的微處理器 同樣的工作狀態(tài),電源電壓不同,功耗是非線性增加的。

我們是在CPU的性能(Performance)和功耗(Power Consumption)方面進(jìn)行比較和選擇。通??梢圆捎妹繄?zhí)行1M次指令所消耗的能量來進(jìn)行衡量,即Watt/MIPS。但是,這僅僅是一個(gè)參考指標(biāo),實(shí)際上各個(gè)CPU的體系結(jié)構(gòu)相差很大,衡量性能的方式也不盡相同,所以,我們還應(yīng)該進(jìn)一步分析一些細(xì)節(jié)。 我們把CPU的功率消耗分為兩大部分:內(nèi)核消耗功率PCORE和外部接口控制器消耗功率PI/O,總的功率等于兩者之和,即P=PCORE+PI /O。對(duì)于PCORE,關(guān)鍵在于其供電電壓和時(shí)鐘頻率的高低;對(duì)于PI/O來講,除了留意各個(gè)專門I/O控制器的功耗外,還必須關(guān)注地址和數(shù)據(jù)總線寬度。

2)盡量選用CMOS集成電路 CMOS集成電路(Complementary Metal Oxide Semiconductor)即互補(bǔ)金屬-氧化物-半導(dǎo)體集成電路,它最大的優(yōu)點(diǎn)是微功耗(靜態(tài)功耗幾乎為零),其次的優(yōu)點(diǎn)是輸出邏輯電平擺幅大,因而抗干擾能力強(qiáng),同時(shí)它的工作溫度范圍也寬,因此CMOS電路一開始出現(xiàn)就和低功耗便攜式儀器儀表結(jié)下了不解之緣。

3)、采用電池低電壓供電 系統(tǒng)功耗和系統(tǒng)的供電電壓存在著一定的函數(shù)關(guān)系。供電電壓越高,系統(tǒng)功耗也就越大。目前已經(jīng)出現(xiàn)了不少低電壓供電(小于4.5V)的單片機(jī)及其外圍電路,工作電壓可低至1.8V。在1.8V~6V之間均可正常工作,而且對(duì)于測(cè)量精度沒有影響。 在設(shè)計(jì)開發(fā)中要注意,單片機(jī)電源電壓可以從6V降到1.8V,工作期間電壓可以在該范圍波動(dòng),但是國(guó)內(nèi)的仿真器還達(dá)不到這個(gè)要求,一般都在5V下仿真工作。這時(shí)候的仿真和真正的工作狀態(tài)是有區(qū)別的,所以單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完之后一定要進(jìn)行低電壓測(cè)試,避免仿真時(shí)可以用,實(shí)際應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)問題。

4)、盡量使用"高速低頻"工作方式 低功耗單片微機(jī)系統(tǒng)中幾乎全部采用的是CMOS器件,而CMOS集成電路由自己的結(jié)構(gòu)所決定,它靜態(tài)功耗幾乎為零,僅在邏輯狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換期間,電路有電流流過。所以它的動(dòng)態(tài)功耗和它的邏輯轉(zhuǎn)換頻率成正比,和電路的邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間成正比。所以,CMOS集成電路從降低功耗的角度上來說應(yīng)當(dāng)快速轉(zhuǎn)換,低頻率地工作。

5)、充分利用微控制器上集成的功能 微控制器已經(jīng)將許多硬件集成到一塊芯片之中,使用這些功能比用擴(kuò)展方式擴(kuò)展外圍電路要有效得多。首先單片化的成本要比使用擴(kuò)展方式低,而且性能更好。如外圍器件的驅(qū)動(dòng)電壓很難降低到微控制器芯片的水平,微控制器可以降低到1.8V,外圍電路降到3V恐怕有相當(dāng)多的芯片就會(huì)工作不穩(wěn)定,而微控制器內(nèi)部集成的硬件卻可以有更好的電壓適應(yīng)能力。

6)、選用低功耗高效率的外圍器件和電路 在必須選擇使用某些外圍器件時(shí),盡可能選擇低功耗、低電壓、高效率的外圍器件,象LCD液晶顯示器、EEPROM等,這樣是為了降低系統(tǒng)的總體功耗。此外還盡量選用低功耗及高效率的電路形式。低功耗的電路以低功耗為主要技術(shù)指標(biāo),它不盲目追求高速度和大的驅(qū)動(dòng)能力,以滿足要求為限度,因而電路的工作電流都比較小。

低功耗設(shè)計(jì)足一個(gè)復(fù)雜的綜合性課題,就流程而言,包括功耗建模、評(píng)估以及優(yōu)化等;就設(shè)計(jì)抽象層次而言,包括自系統(tǒng)級(jí)至版圖級(jí)的所有抽象層次。同時(shí),功耗優(yōu)化與系統(tǒng)速度和面積等指標(biāo)的優(yōu)化密切相關(guān),需要折中考慮。

動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)

動(dòng)態(tài)功耗與工作電壓的平方成正比,功耗可隨著工作電壓的降低以二次方的速度降低,因此降低工作電壓是降低功耗的有力措施。但是,僅僅降低工作電壓會(huì)導(dǎo)致傳播延遲加大,執(zhí)行時(shí)間變長(zhǎng)。然而,系統(tǒng)負(fù)載是隨時(shí)間變化的,因此并不需要微處理器所有時(shí)刻都保持高性能。動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)DVS(Dynarnic Voltage Scaling)技術(shù)降低功耗的主要思路是根據(jù)芯片工作狀態(tài)改變功耗管理模式,從而在保證性能的基礎(chǔ)上降低功耗。在不同模式下,工作電壓可以進(jìn)行調(diào)整。為了精確地控制DVS,需要采用電壓調(diào)度模塊來實(shí)時(shí)改變工作電壓,電壓調(diào)度模塊通過分析當(dāng)前和過去狀態(tài)下系統(tǒng)工作情況的不同來預(yù)測(cè)電路的工作負(fù)荷。

兩種時(shí)鐘

在微處理器中,很大一部分功耗來自時(shí)鐘。時(shí)鐘是惟一在所有時(shí)間都充放電的信號(hào),而且很多情況下引起不必要的門的翻轉(zhuǎn),因此降低時(shí)鐘的開關(guān)活動(dòng)性可以對(duì)降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗產(chǎn)生很大的影響。門控時(shí)鐘包括門控邏輯模塊時(shí)鐘和門控寄存器時(shí)鐘。門控邏輯模塊時(shí)鐘對(duì)時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行劃分,如果在當(dāng)前的時(shí)鐘周期內(nèi),系統(tǒng)沒有用到某些邏輯模塊,則暫時(shí)切斷這些模塊的時(shí)鐘信號(hào),從而明顯地降低開關(guān)功耗。門控寄存器時(shí)鐘的原理是當(dāng)寄存器保持?jǐn)?shù)據(jù)時(shí),關(guān)閉寄存器時(shí)鐘,以降低功耗。然而,門控時(shí)鐘易引起毛刺,必須對(duì)信號(hào)的時(shí)序加以嚴(yán)格限制,并對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)的時(shí)序驗(yàn)證。

另一種常用的時(shí)鐘技術(shù)就是可變頻率時(shí)鐘。它根據(jù)系統(tǒng)性能要求,配置適當(dāng)?shù)臅r(shí)鐘頻率以避免不必要的功耗。門控時(shí)鐘實(shí)際上是可變頻率時(shí)鐘的一種極限情況(即只有零和最高頻率兩種值),因此,可變頻率時(shí)鐘比門控時(shí)鐘技術(shù)更加有效,但需要系統(tǒng)內(nèi)嵌時(shí)鐘產(chǎn)生模塊PLL,增加了設(shè)計(jì)復(fù)雜度。Intel公司推出的采用先進(jìn)動(dòng)態(tài)功耗控制技術(shù)的Montecito處理器,就利用了變頻時(shí)鐘系統(tǒng)。該芯片內(nèi)嵌一個(gè)高精度數(shù)字電流表,利用封裝上的微小電壓降計(jì)算總電流;通過內(nèi)嵌的一個(gè)32位微處理器來調(diào)整主頻,達(dá)到64級(jí)動(dòng)態(tài)功耗調(diào)整的目的,大大降低了功耗。

兩種技術(shù)

并行結(jié)構(gòu)的原理是通過犧牲面積來降低功耗。將一個(gè)功能模塊復(fù)制為n(n≥2)個(gè)相同的模塊,這些模塊并行計(jì)算后通過數(shù)據(jù)選擇器選擇輸出,采用二分頻的并行結(jié)構(gòu)。

并行設(shè)計(jì)后,由于有多個(gè)模塊同時(shí)工作,提高了吞吐能力,可以把每個(gè)模塊的速度降低為原來的l/n。根據(jù)延時(shí)和工作電壓的線性關(guān)系,工作電壓可以相應(yīng)降低為原來的l/n,電容增大為原來的n倍,工作頻率降低為原來的l/n,根據(jù)式(1)功耗降低為原來的1/n2。并行設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是算法設(shè)計(jì),一般算法中并行計(jì)算的并行度往往比較低,并行度高的算法比較難開發(fā)。例如:若原模塊的功耗為P=a×CL×V2dd×f,采用二分頻結(jié)構(gòu),由于增加了一個(gè)模塊和數(shù)據(jù)選擇器,整個(gè)電容負(fù)載為2.2CL,工作頻率為f/2,工作電壓可以降為O.6 V。由此可見,二分頻并行結(jié)構(gòu)在保持原有電路性能的同時(shí)降低了60%的功耗。

流水線技術(shù)本質(zhì)上也是一種并行。把某一功能模塊分成n個(gè)階段進(jìn)行流水作業(yè),每個(gè)階段由一個(gè)子模塊來完成,在子模塊之間插入寄存器。若工作頻率不變,對(duì)某個(gè)模塊的速度要求僅為原來的1/n,則工作電壓可以降低為原來的1/n,電容的變化不大(寄存器面積占的比例很小),功耗可降低為原來的1/n2,面積基本不變,但增加了控制的復(fù)雜度。例如,若原模塊的功耗為P=α×C1×V2dd×f,采用流水線技術(shù),由于增加了寄存器,整個(gè)電容負(fù)載為1.2CL,工作頻率不變,工作電壓降為0.6 V。由此可見,流水線技術(shù)能顯著降低系統(tǒng)功耗。

通過流水線技術(shù)和并行結(jié)構(gòu)降低功耗的前提是電路工作電壓可變。如果工作電壓固定,則這兩種方法只能提高電路的工作速度,并相應(yīng)地增加了電路的功耗。在深亞微米工藝下,工作電壓已經(jīng)比較接近閾值電壓,為了使工作電壓有足夠的下降空間,應(yīng)該降低闊值電壓;但是隨著閾值電壓的降低,亞閾值電流可能呈指數(shù)增長(zhǎng),靜態(tài)功耗迅速增加。因此,電壓的下降空間有限。

低功耗單元庫(kù)

設(shè)計(jì)低功耗單元庫(kù)是降低功耗的一個(gè)重要方法,包括調(diào)整單元尺寸、改進(jìn)電路結(jié)構(gòu)和版圖設(shè)計(jì)。用戶可以根據(jù)負(fù)載電容和電路延時(shí)的需要選擇不同尺寸的電路來實(shí)現(xiàn),這樣會(huì)導(dǎo)致不同的功耗,因此可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)不同尺寸的單元。同時(shí),為常用的單元選擇低功耗的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu),如觸發(fā)器、鎖存器和數(shù)據(jù)選擇器等。

狀態(tài)機(jī)編碼

狀態(tài)機(jī)編碼對(duì)信號(hào)的活動(dòng)性具有重要影響,通過合理選擇狀態(tài)機(jī)狀態(tài)的編碼方法,減少狀態(tài)切換時(shí)電路的翻轉(zhuǎn),可以降低狀態(tài)機(jī)的功耗。其原則是:對(duì)于頻繁切換的相鄰狀態(tài),盡量采用相鄰編碼。例如:Gray碼在任何兩個(gè)連續(xù)的編碼之間只有一位的數(shù)值不同,在設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)器時(shí),使用Gray碼取代二進(jìn)制碼,則計(jì)數(shù)器的改變次數(shù)幾乎減少一半,顯著降低了功耗;在訪問相鄰的地址空間時(shí),其跳變次數(shù)顯著減少,有效地降低了總線功耗。

低功耗設(shè)計(jì)

作為現(xiàn)代微處理器中的重要部件,Cache的功耗約占整個(gè)芯片功耗的30%~60%,因此設(shè)計(jì)高性能、低功耗的Cach結(jié)構(gòu),對(duì)降低微處理器的功耗有明顯作用。Cache低功耗設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于降低失效率,減少不必要的操作。通常用來降低Cache功耗的方法有以下兩種:一種是從存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)出發(fā),設(shè)計(jì)低功耗的存儲(chǔ)器,例如采用基于CAM的Cache結(jié)構(gòu);另一種是通過減少對(duì)Cache的訪問次數(shù)來降低功耗。

以上主要是從硬件的角度來實(shí)現(xiàn)功耗的降低。除了硬件方法,通過軟件方面的優(yōu)化,也能顯著地降低功耗。例如:在Crusoe處理器中,采用高效的超長(zhǎng)指令(VLIW)、代碼融合(Code Morphing)技術(shù)、LongRun電源管理技術(shù)和RunCooler工作溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)等創(chuàng)新技術(shù),獲得了良好的低功耗效果。

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