基于低阈值单元的高性能低功耗设计方法

来源：计算机工程与科学杂志2015年第11期北京时间：

作者：倪灿灿，赵振宇，唐皓月，曲连华，李欢，李鹏，邓全

单位：（国防科学技术大学计算机学院，湖南 长沙 410073）

摘要：在高性能IC设计中对高低两种阈值电压技术进行比较，利用低阈值电压降低动态功耗的手段实现降低总功耗的目标，并分析出了两种阈值电压低功耗设计各自适应的电路类型。首先对40 nm工艺中标准单元的内部功耗、时序、尺寸进行分析。接着在相同延时下对高阈值和低阈值两种标准单元所设计的反相器链时序电路的功耗进行对比分析。最后基于Benchmark和AES两种类型电路，分别采用高阈值和低阈值进行综合，对比得出在相同时钟周期下更低功耗的设计所对应的阈值电压设计方式。结果显示，在相同的时钟频率下，对动态功耗占据总功耗比例极大的电路使用低阈值设计得到的功耗更低。同样，在动态功耗比例不是极大的电路中，当低阈值综合的slack为正时，以及当高阈值综合的slack为负、低阈值的slack为0时，用低阈值设计功耗更低；而当高阈值、低阈值综合的slack都为0时，用高阈值设计功耗更低。

关键词：阈值电压；标准单元；动态功耗；DC综合,

基金资助：国家自然科学基金资助项目（61272139）