Триггер малой мощности
Шлепанцы малой мощности — это шлепанцы , предназначенные для маломощной электроники , такой как смартфоны и ноутбуки. Триггер или защелка — это схема, которая имеет два стабильных состояния и может использоваться для хранения информации о состоянии.
Мотивация
[ редактировать ]В большинстве устройств СБИС большая часть рассеиваемой мощности приходится на тактовую сеть и тактируемые последовательные элементы, которые могут составлять от 25% до 40% общей мощности в конструкции. Последовательные элементы, защелки и триггеры рассеивают мощность при переключении их внутренней емкости. Это может произойти при каждом переходе/импульсе тактового сигнала в последовательный элемент. Иногда последовательным элементам необходимо изменить свое состояние, но иногда они сохраняют свое состояние, и их выходной сигнал остается прежним до и после тактового импульса. Это приводит к ненужному рассеиванию мощности из-за тактового перехода. Если триггеры сконструированы таким образом, что они могут стробировать тактовый сигнал относительно своего внутреннего пути данных, рассеиваемая мощность может быть снижена. [1]
Техники
[ редактировать ]Условное тактирование
[ редактировать ]Условная предварительная зарядка
[ редактировать ]
Этот метод используется для управления внутренним узлом на пути предварительной зарядки в последовательном элементе. [2] В приведенной выше схеме вход D подключен к первому NMOS в сети PDN ( CMOS ). Когда этот вход высокий, выход также должен быть высоким. Вход clk в PMOS будет заряжать выходной узел до высокого уровня, когда clk низкий. Если на входе D уже высокий уровень, нет необходимости снова заряжать выход до высокого уровня. Таким образом, если можно контролировать такое поведение, мощность триггера может снизиться. Для управления внутренним узлом на пути предварительной зарядки используется управляющий переключатель, как показано на рис. 1. Разрешен только переход, который изменит состояние выхода. Поскольку одним из входных данных для флопов является тактовый сигнал, учитывая, что тактовый сигнал ( Clock signal ) — это элемент, который совершает наибольший переход в системе, [2] такой метод, как условная предварительная зарядка, может значительно помочь снизить мощность.
Условный захват
[ редактировать ]
Этот метод призван предотвратить любой необходимый переход внутреннего узла, просматривая входные и выходные данные и проверяя, есть ли необходимость переключать состояния. В этой схеме имеется управляющий сигнал, который подается для управления переключением внутренних узлов. Мы видим, что часы подключены к двум NMOS последовательно. Путь разряда не будет завершен до тех пор, пока управляющий сигнал не позволит включить последний NMOS. Этот управляющий сигнал может быть сгенерирован простой схемой, входами которой являются текущий выход, вход и состояние часов (высокий или низкий). Если на выходе триггера низкий уровень и подается высокий тактовый импульс, а на входе низкий импульс, то нет необходимости в переходе состояний. Дополнительные вычисления для выборки входных данных приводят к увеличению времени настройки триггера; это недостаток данной техники. [1] Дальнейшее понимание этой техники было хорошо объяснено в журнале «High-Performance and Low-Power Conditional». Разрядный шлепанец» Тарек К. Дарвиш и Мэгди А. Баюми. [3]
Прогноз перехода данных
[ редактировать ]
[4] [5] На рис.3 схема показывает, как метод передачи данных может быть полезен для энергосбережения. Логическая функция «исключающее ИЛИ-НЕ» выполняется на входе D-триггера и выходе Q. Когда Q и D равны, выход логического «исключающее ИЛИ-НЕ» будет равен нулю, что не создает внутренних тактовых импульсов. Схему можно разбить на 3 части: упреждающий просмотр данных, генератор импульсов и тактовый генератор. Выходной сигнал генератора импульсов подается на тактовый генератор, который используется для тактирования D-триггера. На основании входных и выходных сигналов, если необходимо изменить состояние D-триггера, тактовому сигналу разрешается переключиться, чтобы вызвать переход; в противном случае часам не разрешается переходить. Когда тактовый сигнал не выполняет переход, некоторое время уже потрачено на вычисление логики, и данные со входа D могут пройти через первый этап триггера, потребляя некоторую мощность. Это энергопотребление по-прежнему меньше, чем потреблял бы обычный триггер с тактовым переходом и без изменения выходного сигнала.
Часы по запросу
[ редактировать ]
[4] [5] На рис. 4 показан метод «часы по требованию». В этой реализации тактовый генератор и генератор импульсов объединены. Преимущество этого заключается в уменьшении площади и повышении энергоэффективности. Если выходной сигнал XNOR равен нулю, то генератор импульсов не будет генерировать какой-либо внутренний сигнал от внешнего тактового сигнала. Если выход Q и вход D не совпадают, генератор импульсов сгенерирует внутреннюю тактовую частоту, чтобы вызвать переход состояния.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б «УСЛОВНЫЕ МЕТОДЫ ДЛЯ ШЛЕПАНЦ С НИЗКИМ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕМ Никола Недович, Марко Алексич и Вожин Г. Оклобдзия».
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Jump up to: а б «Сравнение методов условной внутренней активности для триггеров с низким энергопотреблением и высокой производительности» (PDF) .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ «Высокопроизводительный и маломощный триггер с условным разрядом» (PDF) .
- ^ Jump up to: а б «Маломощный триггер с использованием внутренней синхронизации часов и адаптивного смещения тела, Хорхе Альберто Гальвис».
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Jump up to: а б «Исследование и реализация D-триггеров с упреждающей передачей данных Юань Юнъи».
{{cite web}}: Отсутствует или пусто|url=( помощь )
6. В. Г. Оклобдия, В. Стоянович, Д. Маркович, Н. Недович, «Тактирование цифровой системы, аспекты высокой производительности и низкого энергопотребления», Джон Уайли, январь 2003 г.