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Power 介绍——Glitch Power (上)
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2022.06.22 湖北

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本公众号【读芯树:duxinshu_PD】主要介绍数字集成电路物理设计相关知识,才疏学浅,如有错误,欢迎指正交流学习。

这是集成电路物理设计的第四个系列【Power】的第五篇文章,本篇文章主要介绍Glitch Power相关内容:

01

什么是Glitch Power?

Glitch Power是由glitch造成电路动态翻转产生的一种功耗。glitch是同一逻辑门不同输入信号的不同延时造成的非理想的信号transition变化。

这种Glitch不会造成电路功能的失效(noise glitch可能会造成电路功能失效),但会造成多余的功耗损失。

一般有两种类型的glitch: 

Inertial Glitch: 发生在组合逻辑的输出级,这种glitch pulse width小于cell delay,不会传输到下一级电路。

Transport Glitch: 在输出信号稳定之前,已经有glitch存在,这种glitch可以通过下一级门电路传播下去,产生的功耗相当于full toggle power的功耗。

02

Glitch如何产生的?

同一逻辑门的不同输入信号在不同时刻发生跳变时(如下面左图中第二个与门的两个输入信号X和C在不同时刻翻转),在逻辑门的输出(第二个与门输出Y)就可能产生glitch。

通过balance input delay信号,可以显著减少glitch的发生,同时降低glitch power。(如下面右图通过平衡X和Y信号,可以消除多余的glitch)

03

如何计算Glitch Power?

不同的Power分析模式,有不同的glitch识别标准和计算方法。

本文主要介绍PTPX的三种glitch power分析模式:Timing_based Mode, Averaged Mode和 Cycle-accurate Mode。

Timing_based Mode:glitch识别标准:a, Cell Delay Check:input pulse width小于gate delay。b, Transition Time Check: ouput pulse with 小于(input rise trasition + input fall transition) / 2。

Glitch Power Calculation: 为提升glitch power准确性,计算glitch power考虑了transition time scaling。同时增加了power_full_transiton_glitch_scaling参数考虑了transiton time和glitch number的关系。

Avergaed Mode:glitch识别标准:信号从某一确定状态到X状态,再从X状态回到确定状态。如0 -> X -> 0或者1 -> X -> 1。如果信号变化状态为: 0 -> X ->1或者1 -> X -> 0,则识别为signal transition变化。

Glitch Power Calculation: 

Pglitch_power=0.5* derate_glitch * dynamic_powertotal0.5指的是信号0 -> X -> 0或者1 -> X -> 1变化过程中有两次toggle,但记为一次glitch。derate_glitch的default值一般为0.5,所以glitch power一般为full transiton power的0.25倍。

Cycle-accurate Mode:

glitch识别标准:当多个信号在同一时刻到达门电路时,EDA工具不能分辨哪个信号首先变化,由于每个信号是单独传播的,这可能会导致输出多次transition变化,多余的transition变化被识别为glitch transiton。

Glitch Power Calculation: 

Dynamic_power_glitch = 0.5*dynamic_power_full

不同mode下的simulation setting介绍参考:Power介绍-Glitch Power(下)

04

如何优化Glitch Power?

为避免不定态X引入造成Glitch Power不准确,反标X状态为确定状态0或1。

平衡逻辑门的输入信号的delay,会显著降低glitch的数目。

05

参考文献1,PrimeTime-PX user guide

2,Synopsys: Glitch Power Analysis with PrimePower

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