滿(mǎn)足28 nm迫切的低功耗需求

　　其他在28-nm節(jié)點(diǎn)尋求絕對(duì)最低功耗的主要半導(dǎo)體供應(yīng)商也選擇了28LP工藝，正如Qualcomm所宣稱(chēng)的那樣：“Qualcomm與TSMC合作，推出了我們的Snapdragon™ S4類(lèi)處理器，包括Snapdragon S4 MSM8960™，它是高度集成的雙核SoC，設(shè)計(jì)滿(mǎn)足了前沿智能電話(huà)和平板電腦的低功耗需求。Snapdragon S4類(lèi)處理器采用了TSMC非常復(fù)雜的28LP工藝，使Qualcomm能夠突破性的實(shí)現(xiàn)了高性能和超低功耗的移動(dòng)設(shè)備。”TSMC新聞發(fā)布，“TSMC 28nm技術(shù)達(dá)到量產(chǎn)”，2011年10月24號(hào)：

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/136059.htm

　　在低功耗基礎(chǔ)上，Altera還采取了其他措施來(lái)降低28LP器件的靜態(tài)功耗，包括大量使用“低泄漏”晶體管等，從而降低了靜態(tài)電流。此外，Cyclone V和Arria V系列還提供一些可以禁用的器件特性，包括收發(fā)器、I/O塊、PCI Express®模塊、存儲(chǔ)器模塊以及分段式PLL等。這些特性相結(jié)合，與前一代FPGA相比，器件靜態(tài)功耗降低了70%。例如，Arria V系列的器件功耗在500K LE時(shí)不到750mW，比目前的中端和高端40-nm FPGA靜態(tài)功耗低得多。而競(jìng)爭(zhēng)28-nm FPGA的靜態(tài)功耗是Arria V FPGA的2.6倍。 Arria V靜態(tài)功耗對(duì)比顯示了Arria V GX器件的典型靜態(tài)功耗，以藍(lán)色實(shí)線(xiàn)表示，而以藍(lán)色點(diǎn)線(xiàn)表示最差情況下的功耗。類(lèi)似的，紅色實(shí)線(xiàn)表示競(jìng)爭(zhēng)中端28-nm FPGA的典型靜態(tài)功耗，點(diǎn)線(xiàn)表示最差情況下的功耗。借助這些特性，在同類(lèi)FPGA中，Arria V器件的靜態(tài)功耗是最低的。

 

　　低動(dòng)態(tài)功耗體系結(jié)構(gòu)

　　除了低靜態(tài)功耗，Altera Cyclone V和Arria V器件的動(dòng)態(tài)功耗也較低，從而實(shí)現(xiàn)了最低總功耗。Altera從28LP工藝開(kāi)始采用了降低動(dòng)態(tài)功耗的方法，主要面向低功耗應(yīng)用，包括，便攜式消費(fèi)類(lèi)、無(wú)線(xiàn)鏈接和蜂窩基帶等。TSMC闡述了提供高級(jí)工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)最低總功耗而不僅僅是靜態(tài)或者動(dòng)態(tài)功耗的原因：

　　“我們之所以決定為28LPT工藝開(kāi)發(fā)可靠的SiON技術(shù)，是因?yàn)闊o(wú)線(xiàn)和便攜式消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用需求在不斷變化，我們一直面對(duì)產(chǎn)品要符合市場(chǎng)需求的壓力。消費(fèi)者幾年前需要低泄漏手持式設(shè)備，要求電池能夠使用較長(zhǎng)的時(shí)間。今天的消費(fèi)者越來(lái)越依靠無(wú)線(xiàn)設(shè)備來(lái)瀏覽互聯(lián)網(wǎng)，觀(guān)看視頻，聽(tīng)音樂(lè)，使用移動(dòng)電視、GPS導(dǎo)航，以及傳統(tǒng)的電話(huà)和文本服務(wù)等。主動(dòng)應(yīng)用功耗現(xiàn)在是電池使用時(shí)間的主要因素。SiON邏輯門(mén)技術(shù)由于具有較小的柵極電容，因此，動(dòng)態(tài)功耗比HKMG (高K金屬門(mén))低，對(duì)于功耗受限的應(yīng)用，提供的解決方案具有較低的總功耗，成本和風(fēng)險(xiǎn)也很低。”

　　28LP工藝具有較低的柵極電容，有源柵極電容比28HPL低30%。在Cyclone V和Arria V器件中，Altera還采用了其他方法來(lái)降低器件電容，包括用于存儲(chǔ)器控制器的硬核IP、PCI Express，還提供收發(fā)器協(xié)議支持，減小了管芯面積及其相關(guān)電容。最后，與Stratix V器件相比，Altera還針對(duì)Cyclone V和Arria V器件的基本體系結(jié)構(gòu)模塊進(jìn)行了優(yōu)化。這些優(yōu)化措施減小了硅片面積以及相關(guān)的電容，使得28LP器件系列滿(mǎn)足了目標(biāo)應(yīng)用的性能要求。例如，Arria V器件邏輯陣列模塊(LAB，10個(gè)自適應(yīng)邏輯模塊)的管芯面積比Stratix V LAB小40%。Cyclone V和Arria V器件的硬核存儲(chǔ)器控制器也同樣減小了管芯面積以及外部存儲(chǔ)器接口的相關(guān)電容。所有減小器件電容的這些措施都降低了動(dòng)態(tài)功耗，符合下面熟悉的功耗公式，其中，C表示開(kāi)關(guān)電路的電容：

　　動(dòng)態(tài)功耗 = 1/2CV 2 × f

　　Altera還降低了器件收發(fā)器的動(dòng)態(tài)功耗。Altera豐富的收發(fā)器設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)在業(yè)界是首屈一指的，其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)反映在收發(fā)器較低的動(dòng)態(tài)功耗上。例如，在6 Gbps，Arria V收發(fā)器功耗不到100mW，比28-nm競(jìng)爭(zhēng)FPGA的功耗低得多，如85C結(jié)溫，6 Gbps時(shí)每通道的收發(fā)器總功耗所示。對(duì)于采用了36個(gè)收發(fā)器Arria V器件的設(shè)計(jì)，功耗降低了5W多。　　

 

　　Altera在28-nm節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了較低的收發(fā)器功耗，這是因?yàn)槲覀兘?jīng)過(guò)了多年的磨煉，增強(qiáng)了專(zhuān)用體系結(jié)構(gòu)。在可編程邏輯業(yè)界，只有我們能夠持續(xù)不斷的發(fā)展高級(jí)收發(fā)器技術(shù)，因此，功耗一直在逐步降低。競(jìng)爭(zhēng)解決方案每一代產(chǎn)品的收發(fā)器功耗都在增加，如所示，畫(huà)出了收發(fā)器物理介質(zhì)附加層(PMA)功耗與多代FPGA之間的關(guān)系曲線(xiàn)。