Часы ворота

В компьютерной архитектуре тактовый стробирование — это популярный метод управления питанием , используемый во многих синхронных схемах для уменьшения динамического рассеивания мощности путем удаления тактового сигнала , когда схема или ее часть не используется или игнорирует тактовый сигнал. Стробирование тактовых импульсов позволяет экономить электроэнергию за счет сокращения дерева тактовых импульсов за счет добавления дополнительной логики в схему. Обрезка тактового сигнала отключает части схемы, так что триггеры в них не переключают состояние, поскольку переключение состояния потребляет энергию. Когда он не переключен, потребляемая мощность переключения падает до нуля, и только токи утечки . возникают ^[1]

Хотя асинхронные схемы по определению не имеют глобальных «часов», термин « идеальное стробирование тактовых импульсов» используется для иллюстрации того, что различные методы стробирования тактовых импульсов являются просто аппроксимациями зависимого от данных поведения, демонстрируемого асинхронными схемами. Поскольку степень детализации тактового сигнала синхронной схемы приближается к нулю, энергопотребление этой схемы приближается к энергопотреблению асинхронной схемы: схема генерирует логические переходы только во время активных вычислений. ^[2]

Подробности

Альтернативным решением для стробирования тактового сигнала является использование логики включения тактового сигнала (CE) на пути синхронных данных с использованием входного мультиплексора, например, для триггеров типа D: используя нотацию языка C/Verilog: Dff= CE? Д: Вопрос; где: Dff — D-вход триггера D-типа, D — вход информации о модуле (без входа CE), Q — выход триггера D-типа. Этот тип тактового стробирования не содержит состояний гонки и предпочтителен для проектов FPGA. В ПЛИС каждый триггер D-типа имеет дополнительный входной сигнал CE.

Стробирование тактового сигнала работает, принимая условия включения, прикрепленные к регистрам, и использует их для стробирования тактовых импульсов. Проект должен содержать эти разрешающие условия, чтобы использовать и получать выгоду от стробирования часов. Этот процесс стробирования тактовых импульсов также может сэкономить значительную площадь кристалла и мощность, поскольку он удаляет большое количество мультиплексоров и заменяет их логикой стробирования тактовых импульсов. Эта логика синхронизации тактового сигнала обычно имеет форму ячеек «интегрированного тактового стробирования» (ICG). Однако логика стробирования тактовых импульсов изменит структуру дерева тактовых импульсов, поскольку логика стробирования тактовых импульсов будет находиться в дереве тактовых импульсов.

Логику стробирования часов можно добавить в проект различными способами:

Закодировано в коде уровня передачи регистров (RTL) как условия включения, которые могут быть автоматически преобразованы в логику стробирования тактовых импульсов с помощью инструментов синтеза (мелкозернистый стробирование тактовых импульсов).
Вставляется в проект вручную разработчиками RTL (обычно как стробирование тактового сигнала на уровне модуля) путем создания экземпляра ячеек интегрированного стробирования тактового сигнала (ICG) для конкретной библиотеки для стробирования тактовых импульсов определенных модулей или регистров.
Полуавтоматически вставляется в RTL с помощью автоматических инструментов синхронизации. Эти инструменты либо вставляют ячейки ICG в RTL, либо добавляют условия включения в код RTL. Обычно они также предлагают последовательную оптимизацию стробирования тактовых импульсов.

В целом, стробирование тактовой частоты, применяемое с более грубой детализацией, приводит к уменьшению накладных расходов на ресурсы и большей экономии энергии. ^[3]

Любые модификации RTL для улучшения стробирования часов приведут к функциональным изменениям в конструкции (поскольку регистры теперь будут хранить другие значения), которые необходимо проверить.

Последовательное стробирование тактовых импульсов — это процесс извлечения/распространения условий включения на восходящие и нисходящие последовательные элементы, так что дополнительные регистры могут быть синхронизированы.

Чипы, предназначенные для работы от батарей или с очень низким энергопотреблением, такие как те, которые используются в мобильных телефонах, носимых устройствах и т. д., будут реализовывать несколько форм тактового стробирования вместе. С одной стороны, это ручное управление тактовыми сигналами с помощью программного обеспечения, при котором драйвер включает или отключает различные тактовые сигналы, используемые данным контроллером режима ожидания. На другом конце находится автоматическая синхронизация часов, при которой аппаратному обеспечению можно приказать определить, есть ли какая-либо работа, и отключить заданные часы, если они не нужны. Эти формы взаимодействуют друг с другом и могут быть частью одного дерева разрешений. Например, внутренний мост или шина может использовать автоматическое шлюзование, так что оно отключается до тех пор, пока ЦП или механизм DMA не потребуют его использования, в то время как некоторые периферийные устройства на этой шине могут быть постоянно отключены, если они не используются на этой плате. .

См. также

Ссылки

^ Панда, Прити Ранджан; Шривастава, Авирал; вн Силпа, Б.; Гуммидипуди, Кришнайя (17 сентября 2010 г.). Проектирование энергоэффективных систем (1-е изд.). Спрингер . стр. 25, 73. ISBN. 978-1-4419-6387-1 .
^ Хюбнер, Майкл; Беккер, Юрген (3 декабря 2010 г.). Многопроцессорная система на кристалле: проектирование аппаратного обеспечения и интеграция инструментов (1-е изд.). Спрингер . п. 176. ИСБН 978-1-4419-6459-5 .
^ Ратто, Франческо; Фанни, Тициана; Раффо, Луиджи; Сау, Карло (05 января 2021 г.). «Взаимное влияние между тактовым стробированием и синтезом высокого уровня в реконфигурируемых аппаратных ускорителях» . Электроника . 73 : 73. doi : 10.3390/electronics10010073 . hdl : 11584/345408 .

Дальнейшее чтение

Ли, Хай ; Бхуния, С. (28 февраля 2003 г.) [12 февраля 2003 г.]. «Детерминированный тактовый строб для снижения мощности микропроцессора». Девятый международный симпозиум по архитектуре высокопроизводительных компьютеров, 2003 г. HPCA-9 2003 г. Труды . ИИЭЭ . стр. 113–122. CiteSeerX 10.1.1.79.6234 . дои : 10.1109/HPCA.2003.1183529 . ISBN 978-0-7695-1871-8 . ISSN 1530-0897 . S2CID 6304290 .

[Power_2010-1] Панда, Прити Ранджан; Шривастава, Авирал; вн Силпа, Б.; Гуммидипуди, Кришнайя (17 сентября 2010 г.). Проектирование энергоэффективных систем (1-е изд.). Спрингер . стр. 25, 73. ISBN. 978-1-4419-6387-1 .

[Multiprocessor_2010-2] Хюбнер, Майкл; Беккер, Юрген (3 декабря 2010 г.). Многопроцессорная система на кристалле: проектирование аппаратного обеспечения и интеграция инструментов (1-е изд.). Спрингер . п. 176. ИСБН 978-1-4419-6459-5 .

[Mutual_2021-3] Ратто, Франческо; Фанни, Тициана; Раффо, Луиджи; Сау, Карло (05 января 2021 г.). «Взаимное влияние между тактовым стробированием и синтезом высокого уровня в реконфигурируемых аппаратных ускорителях» . Электроника . 73 : 73. doi : 10.3390/electronics10010073 . hdl : 11584/345408 .

[1]

[2]

[3]