美国国家半导体:便携设备需要AVS技术

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     电子系统的功耗可以简单分为两部分:动态功耗以及静态功耗。“随着半导体尺寸越来越低,静态功耗的影响越来越明显,有时甚至超过整个系统功耗的50%。”吴蓉,美国国家半导体自适应电压调节技术应用工程师,日前在EEWORLD承办的中国电子技术年会低功耗创新设计论坛,举出手机待机时间的例子,“之前几年半导体器件尺寸缩小,带来了明显的效率改观,但现阶段由于漏电的影响,手机使用时间并没有明显的改观。”

    图一:美国国家半导体亚太区自适应电压调节技术应用工程师吴蓉

    正如吴蓉所述,目前芯片级设计已经遇到了瓶颈,工艺的要求令效率提升愈发困难,因此美国国家半导体也开始尝试着从芯片级厂商向系统级厂商的转变。AVS(自适应电压调节)解决方案,或许是其迈向系统级应用厂商的第一步。

    DVS(动态电压调节)是传统的预定义电压频率组合,即动态电压调节,通过预特征削减或利用电压—频率查找表来调节电压和频率,属于开环方案。而AVS是一种闭环方案,在尽可能降低电源电压的同时仍能及时完成任务。DVS把电源电压调节到固定的预特征值,而忽略了进程、温度和电源的变化。AVS则在确定最佳电源电压时把所有这些因素都考虑在内,以确保能耗最小化。

    DVS的查找表方式需要软件进行实现,而AVS技术则是通过硬件实现,完全不需要软件干预。吴蓉指出客户购入IP之后,不需要在SoC内部进行任何修改。

    开环方式一旦完成设计、流片之后,电压是固定的,无法再进行修改。而闭环电路是实时调节的,可以保证系统的灵活性设计。

 

    图二:采用AVS技术带来了更多的能效

    图二中所示为三种电压下的能耗对比,包括固定电压模式,DVS技术以及AVS技术。实测结果显示,在相同的频率下,AVS的供电电压较之DVS都有着不同程度的降低,而且频率越高,差距越明显。实时性是影响电压的最主要因素,吴蓉解释道:“AVS的响应速度比较快,另外可以精确调节,而查找表方式只能有部分的预设电压模式,无法满足逐级下降的需求。”

    AVS技术可以满足各种工艺需要。吴蓉表示,“如果产品工艺进步的话,同样可以方便地进行移植。”自2000开始,美国国家半导体就提供了AVS技术平台,目前低至65nm的产品,都可以采用AVS技术。目前开发出的AVS技术已经可以最多支持四核,拥有20多项专利技术,总计有八家获得授权使用的公司,据吴蓉透露,目前获得公开授权的三星公司已经把AVS技术用到其即将量产的处理器当中。

    今年即将推出的APC(电源控制器)3与APC2的性能上没有太大区别,但在接口方面则有了明显的改进,新的APC可支持MIPI(移动设备产业处理器接口)联盟以及SPMI(电源管理)标准。这意味着今后美国国家半导体的AVS技术将更大力度支持地移动设备,在追求高速处理的同时尽量延长电池使用寿命。

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