Power 介绍——Internal Power

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这是集成电路物理设计的第四个系列【Power】的第四篇文章，本篇文章主要介绍Internal Power相关内容：

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什么是Internal Power?

Internal Power: cell内部消耗的动态功耗，包括internal switching power和short-circuit power，还包括hidden power。

Internal Switching Power: cell内部节点的充放电，由input transition time和output load决定。

Short-Circuit Power: cell在翻转过程中，瞬态同时开启PMOS和NMOS产生的功耗。

Hidden Power: 当输入信号发生翻转，但输出信号没有翻转时产生的功耗，只与input transition time有关。时序逻辑器件一般都会存在hidden power。

Internal Power一般可以通过.lib/.db得到，其大小和are/pin上的有效toggle, 输入pin的transition以及输出负载大小有关系。internal switching power还与cell type有关系。

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如何计算Internal Power?

internal power的大小依赖于cell的state和path。

internal power一般是通过input transition和output load capacitance的二维查找表得到，在先进工艺库中，为提高精度会使用三维查找表：input slew, output load capacitance和second output load capacitance。

与cell的input pin相关的power只与input transition time相关：

与cell的output pin相关的power与input transition time和output net capacitance相关

一个cell的power会包含两部分：rise transition power和fall transition power。

Example: 以AND2D1为例，lib中定义了A1 pin到Z pin的内部功耗，设A1的transition为18ps, Z的load为0.336pf，A1的toggle rate为0.5，

通过插值计算得到18ps&0.336pf对应的rise_power和fall_power

rise_power=0.0061 fall_power=0.0059

cell_internal_power = 0.5*0.0061 + 0.5*0.0059

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为何有时.lib中的Internal Power为负值?

Internal Power的负值是由不同的K-lib建模方式决定的。

一般有三种建模方式(liberate)：pin_based_power=0, pin_based_power=1, pin_based_power=2。

pin_based_power = 0，只对positive supply node建模，不适用于先进power模型，如CCSP/ECSMP。Rise Energy为实测值减去C*V*V，可能为负值，Fall Energey为实测值，一定为正值。internal_rise_ennergy = dynamic_rise_energy_measured - C*V*Vinternal_fall_ennergy = dynamic_fall_energy_measured

pin_based_power = 1 (default)对所有的power pin(VDD&VSS)进行建模，Rise Energy为实测值减去0.5*C*V*V，一般为正值，Fall Energey为实测值减去0.5*C*V*V，可能为负值。internal_rise_ennergy = dynamic_rise_energy_measured - 0.5*C*V*Vinternal_fall_ennergy = dynamic_fall_energy_measured - 0.5*C*V*V

pin_based_power = 2，对所有的power pin进行建模，同时考虑了输入pin的状态。Rise Energy为正值，Fall Energey可能为负值。internal_rise_ennergy = dynamic_rise_energy_measured - 0.5*C*V*Vinternal_fall_ennergy = dynamic_fall_energy_measured - 0.5*C*V*V

无论K-lib是哪种模型，总的能量 > 0rise_internal_power = rise_internal_energy * rise_toggle_ratefall_internal_power = fall_internal_energy * fall_toggle_rateTotal_internal_energy = dyanmic_rise_energy_measured + dynamic_fall_energy_measured - C*V*V

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参考文献

1，Synopsys Solvnet

2，Liberate Useguide

3，Techfile library

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