首頁(yè) > 產(chǎn)品中心 > 半導(dǎo)體仿真 
1 概述
ANSYS PowerArtist是面向功耗設(shè)計(jì)的綜合性平臺(tái)，部分低功耗半導(dǎo)體設(shè)計(jì)公司在早期的寄存器傳輸級(jí)（RTL）功耗分析及優(yōu)化過(guò)程中會(huì)選擇使用該平臺(tái)。PowerArtist既方便您執(zhí)行物理感知RTL功耗預(yù)算、交互調(diào)試、分析驅(qū)動(dòng)型降耗、功耗回歸以及得到實(shí)時(shí)應(yīng)用的功耗波形，又有助于實(shí)現(xiàn)一種可無(wú)縫RTL到物理設(shè)計(jì)的檢查電源完整性的方法。
功耗效率是半導(dǎo)體設(shè)計(jì)中的首要考慮因素。從事于各類應(yīng)用（從手機(jī)到CPU 到網(wǎng)絡(luò)及汽車集成電路）的RTL設(shè)計(jì)師會(huì)在開(kāi)發(fā)周期的早期使用ANSYS PowerArtist分析和降低功耗，以產(chǎn)生較好的效果。與傳統(tǒng)的門級(jí)方法相比，PowerArtist加快數(shù)百萬(wàn)實(shí)例設(shè)計(jì)的迭代時(shí)間，并且有助于及早做出功耗相關(guān)的設(shè)計(jì)決定。為確保這些在早期所做的設(shè)計(jì)決定的可靠性，PACE（PowerArtist校準(zhǔn)及估算）技術(shù)通過(guò)以獨(dú)特的方式模擬物理實(shí)現(xiàn)（包括時(shí)鐘樹(shù)、網(wǎng)狀時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)）、連線電容以毛刺，提供精確的RTL功耗值并識(shí)別降低功耗的機(jī)會(huì)。
PowerArtist自動(dòng)識(shí)別時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)路徑以及存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)中的模塊級(jí)、實(shí)例級(jí)的時(shí)序電路及組合電路的降耗機(jī)會(huì)，以實(shí)現(xiàn)較大程度的功耗目標(biāo)。借助強(qiáng)大的交互圖形化調(diào)試環(huán)境，RTL設(shè)計(jì)師（尤其是對(duì)功耗不熟悉的設(shè)計(jì)師）可以輕松有效地排查功耗熱點(diǎn)。借助PowerArtist的時(shí)鐘門控、功耗效率指標(biāo)以及TCL自定義查詢接口，設(shè)計(jì)師可以通過(guò)回歸方法密切跟蹤功耗情況。
PowerArtist具有業(yè)界高效的功耗分析能力，可以在數(shù)小時(shí)內(nèi)分析包含幾十毫秒的實(shí)時(shí)應(yīng)用程序的活動(dòng)，比傳統(tǒng)方法快好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。此外，PowerArtist與硬件仿真器的活動(dòng)數(shù)據(jù)流以及關(guān)鍵信號(hào)接口還能將仿真時(shí)間縮短一個(gè)數(shù)量級(jí)。通過(guò)快速?gòu)臄?shù)百萬(wàn)個(gè)RTL活動(dòng)周期找到功耗關(guān)鍵周期，PowerArtist可以生成獨(dú)特的RTL功耗模型（可與ANSYS RedHawk連接）并實(shí)現(xiàn)一種無(wú)縫的RTL到物理設(shè)計(jì)的電源分析方法（適用于早期的電源分配網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃及設(shè)計(jì)交付）。
2 功能特點(diǎn)
? RPowerArtist關(guān)鍵功能
· 物理感知 RTL功率預(yù)算
· 綜合功率分析和探索
· 分析驅(qū)動(dòng)型自動(dòng)化降耗
· 針對(duì)實(shí)際應(yīng)用的功耗分析及預(yù)算管理
· 實(shí)際應(yīng)用的功率分析
· 基于功耗效率指標(biāo)的回歸
· RTL驅(qū)動(dòng)的電源完整性
· 功率范圍矢量評(píng)分分析
? 物理感知型RTL功耗預(yù)算
早期的功耗分析有助于您做出具有影響力的設(shè)計(jì)決定。但制程節(jié)點(diǎn)越先進(jìn)，物理設(shè)計(jì)考量對(duì)功耗的影響越大。這可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)流程中RTL與后期門級(jí)網(wǎng)表階段之間的功耗估算出現(xiàn)更大的變化。由于差距不斷拉大，所以無(wú)法保證降低功耗的RTL改變可以在物理實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中貫徹實(shí)施。
PowerArtist模擬主要的RTL級(jí)物理設(shè)計(jì)考量，包括時(shí)鐘、毛刺以及連線電容。PowerArtist校準(zhǔn)及估算（PACE）是一項(xiàng)可提供與門級(jí)設(shè)計(jì)交付功耗值一致精確的RTL功耗值的開(kāi)創(chuàng)性技術(shù)，同時(shí)可確?？焖俚牡鷷r(shí)間，以便于進(jìn)行數(shù)百萬(wàn)等效門電路規(guī)模的RTL功耗分析。高性能引擎以及精簡(jiǎn)的使用流程便于您在幾分鐘內(nèi)估算RTL功耗值，而不需要花上數(shù)小時(shí)研究門級(jí)網(wǎng)表并獲取相應(yīng)的功耗數(shù)據(jù)。
PACE在物理設(shè)計(jì)及RTL設(shè)計(jì)流程之間創(chuàng)建反饋環(huán)路，以確保RTL功耗估算的精確度及一致性。此技術(shù)可以提取RTL階段缺失的、與功耗相關(guān)的關(guān)鍵物理設(shè)計(jì)信息，包括時(shí)鐘樹(shù)及門控、連線電容及基本單元的分布。作為RTL設(shè)計(jì)師，您還能體驗(yàn)更簡(jiǎn)單的設(shè)置。在RTL功耗分析的過(guò)程中，PACE自動(dòng)化描述物理建模并進(jìn)行相關(guān)校準(zhǔn)，您不需要手動(dòng)將物理考量因素轉(zhuǎn)化為RTL約束。時(shí)鐘尤其是一個(gè)挑戰(zhàn)，其能耗占總功耗的很大一部分，不過(guò)在RTL源代碼中，時(shí)鐘主要被描述成一個(gè)理想的節(jié)點(diǎn)。PACE結(jié)合一個(gè)先進(jìn)的RTL時(shí)鐘樹(shù)合成引擎（適用于網(wǎng)格拓?fù)湟约皹?shù)型拓?fù)洌⑶医?jīng)證明，對(duì)于先進(jìn)FinFET技術(shù)，RTL時(shí)鐘功耗可保持在設(shè)計(jì)交付功耗的10%至15%的誤差變化范圍內(nèi)。
? 全面的功耗分析及探索
上市時(shí)間以及硅設(shè)計(jì)能否一舉成功對(duì)于設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)是至關(guān)重要的。在實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)方面，及早意識(shí)到功耗及功耗設(shè)計(jì)漏洞起到重要的作用PowerArtist的RTL功耗分析具有全面的功能，可通過(guò)基于平均功耗以及時(shí)變功耗分析實(shí)現(xiàn)早期功耗預(yù)算及效率?？焖俚倪\(yùn)行時(shí)間便于有效評(píng)估多個(gè)微結(jié)構(gòu)的功耗效率。與綜合之后的門海視圖不同的是，PowerArtist的RTL推理引擎保留了功能性視圖，便于輕松識(shí)別和排查功耗熱點(diǎn)。
功耗是按類別、層級(jí)、電源域以及時(shí)鐘域分類的。無(wú)論您要識(shí)別設(shè)計(jì)中的功耗熱點(diǎn)，還是使用時(shí)鐘門控或功率門控技術(shù)探索功耗，亦或是了解峰值與平均功率，PowerArtist都能幫助您執(zhí)行快速的假設(shè)分析以及根本原因排查分析，并通過(guò)基于GUI以及TCL的接口生成詳細(xì)的文本報(bào)告。
PowerArtist圖形界面是同類型中先進(jìn)的功耗問(wèn)題診斷平臺(tái)。使用 PowerArtist功能全面的GUI環(huán)境，RTL設(shè)計(jì)師可以探測(cè)功耗并確定有待改進(jìn)的方面。設(shè)計(jì)師可以研究哪個(gè)（哪些）設(shè)計(jì)部分的功耗高于預(yù)期、確定可能的解決方案并著手修復(fù)。借助于帶功耗反標(biāo)的電路視圖以及強(qiáng)大的分類之間的交互式交叉檢查、搜索以及過(guò)濾功能，設(shè)計(jì)師可以向下延伸至任何層級(jí)/子模塊以及有關(guān)動(dòng)態(tài)功耗與漏電功耗的查詢、降耗機(jī)會(huì)（按節(jié)省及其他指標(biāo)排序）。
PowerArtist的TCL功耗數(shù)據(jù)庫(kù)接口讓您實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的自定義查詢，不限于標(biāo)準(zhǔn)的工具報(bào)告。您可以跨設(shè)計(jì)類別以及設(shè)計(jì)層級(jí)快速檢查設(shè)計(jì)，并查看詳細(xì)的功耗以及活動(dòng)屬性及指標(biāo)。無(wú)論您要設(shè)計(jì)圖形處理器、擔(dān)心易出故障的邏輯，還是要設(shè)計(jì)一款移動(dòng)應(yīng)用程序試圖優(yōu)化時(shí)鐘門控每次觸發(fā)時(shí)的效率，亦或是設(shè)計(jì)一款可優(yōu)化存儲(chǔ)訪問(wèn)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，綜合性TCL接口都可以讓滿足您的需求并以有效的方式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)。
? 分析驅(qū)動(dòng)型自動(dòng)化降耗
功耗是在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)中需要優(yōu)先考慮的因素。無(wú)論是手持式電池供電型設(shè)備、高性能網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序還是符合成本效益的IoT設(shè)計(jì)，功耗效率都是一個(gè)關(guān)鍵要求。及早做出設(shè)計(jì)決定有助降低功耗，但這些決定必須基于可預(yù)測(cè)的分析。PowerArtist基于對(duì)物理效應(yīng)下邏輯及翻轉(zhuǎn)率變化的充分評(píng)估來(lái)識(shí)別降耗機(jī)會(huì)。這種分析驅(qū)動(dòng)型降耗方法使您能夠關(guān)注正確的低功耗RTL改變，并確保節(jié)省的功耗不會(huì)在實(shí)現(xiàn)階段損耗掉。下圖強(qiáng)調(diào)了盲目自動(dòng)化時(shí)易犯的錯(cuò)誤。下圖標(biāo)繪了一個(gè)應(yīng)用處理器RTL修改對(duì)應(yīng)的累計(jì)節(jié)省的功耗。在已識(shí)別的大約300個(gè)RTL降耗機(jī)會(huì)中，把握住前五個(gè)，就足以實(shí)現(xiàn)已識(shí)別的一半的功耗節(jié)省。
PowerArtist的降耗引擎可識(shí)別設(shè)計(jì)中的浪費(fèi)翻轉(zhuǎn)，包括時(shí)鐘、存儲(chǔ)器以及數(shù)據(jù)通路邏輯。使用作為下游工具的補(bǔ)充的組合及時(shí)序技術(shù)，PowerArtist自動(dòng)識(shí)別可在模塊級(jí)以及葉節(jié)點(diǎn)實(shí)例級(jí)降低功耗的多種RTL變化。PowerArtist識(shí)別錯(cuò)失的模塊級(jí)時(shí)鐘門控以及數(shù)據(jù)門控機(jī)會(huì)，以實(shí)現(xiàn)大量的功耗節(jié)省。它還可以增加并改進(jìn)時(shí)序元件的時(shí)鐘門控，從而確保存儲(chǔ)器的訪問(wèn)無(wú)冗余并且在不需要時(shí)關(guān)閉其邏輯錐。與存在時(shí)序?qū)蛹?jí)數(shù)量限制的方法不同的是，PowerArtist的高性能體系結(jié)構(gòu)可以分析時(shí)序?qū)蛹?jí)的降耗情況且運(yùn)行速度快，便于進(jìn)行快速的假設(shè)分析。根據(jù)您的偏好，PowerArtist可以自動(dòng)生成優(yōu)化功耗的RTL以及綜合約束，或者指導(dǎo)您完成手動(dòng)RTL重寫流程。
圖表顯示了如何只通過(guò)幾處RTL改變實(shí)現(xiàn)50%的功耗節(jié)省。
PowerArtist的降耗方法以交互式圖形及Tcl功耗檢測(cè)框架超越自動(dòng)化降耗技術(shù)，經(jīng)證實(shí)在識(shí)別巨大的功耗節(jié)省機(jī)會(huì)方面十分高效。
? 針對(duì)實(shí)際應(yīng)用的功耗分析及預(yù)算管理
傳統(tǒng)的功耗方法基于幾微秒的仿真設(shè)計(jì)波形，可能會(huì)使設(shè)計(jì)面臨風(fēng)險(xiǎn)，在實(shí)際激勵(lì)下可能暴露功耗問(wèn)題。但在操作系統(tǒng)啟動(dòng)以及高清視頻幀等場(chǎng)景下計(jì)算功耗波形不切實(shí)際，而且使用標(biāo)準(zhǔn)的功耗分析工具以及方法，可能需要幾天甚至幾周時(shí)間。翻轉(zhuǎn)率分析通常是更快速的替代方案，但這種分析方法可能錯(cuò)過(guò)功耗關(guān)鍵事件。翻轉(zhuǎn)并不總能直接轉(zhuǎn)化為功耗，尤其是在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)缺失的RTL級(jí)別。PowerArtist具有豐富的功能，可以有效應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。
PowerArtist獨(dú)特的功耗分析功能使其能夠分析系統(tǒng)級(jí)矢量，包括幾十到幾百毫秒的設(shè)計(jì)活動(dòng)。PowerArtist功耗分析器專為長(zhǎng)矢量而設(shè)計(jì)，運(yùn)行速度比逐周期計(jì)算功耗波形的傳統(tǒng)方法要快好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。功耗分析充分模擬邏輯綜合的效應(yīng)（比如時(shí)鐘門控）以及物理效應(yīng)（比如時(shí)鐘樹(shù)建模），以便精確地得到門級(jí)網(wǎng)表的功耗情況。
此外，PowerArtist通過(guò)高效的流程處理硬件仿真器的翻轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。通過(guò)著重關(guān)注功耗關(guān)鍵信號(hào)，生成以及讀入FSDB/VCD文件所需的時(shí)間大大縮短，且精確度損失降到較低。PowerArtist PAVES通過(guò)直接讀入硬件仿真器產(chǎn)生的翻轉(zhuǎn)信息來(lái)做功率分析，使迭代時(shí)間加快一個(gè)數(shù)量級(jí)，消除了因大量的FSDB/VCD翻轉(zhuǎn)文件造成的低效現(xiàn)象。
針對(duì)系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用矢量的功耗分析具有若干好處。通過(guò)RTL功耗分析識(shí)別的功耗關(guān)鍵模塊有助于及早做出具有影響力的設(shè)計(jì)決定，進(jìn)而降低功耗。功耗分析還有助于識(shí)別功耗關(guān)鍵以及熱關(guān)鍵窗口，適用于ANSYS RedHawk中的早期電源完整性分析。在芯片之外，長(zhǎng)時(shí)間的RTL功耗分析還有助于芯片功耗模型生成，適用于早期的芯片封裝系統(tǒng)的電源以及熱完整性分析。
? 基于功耗效率指標(biāo)的回歸
無(wú)論是需要延長(zhǎng)電池壽命、減少散熱成本還是降低芯片成本，功耗都是芯片設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要要求。因此，務(wù)必識(shí)別并消除芯片及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段的功耗漏洞。越早識(shí)別，成本越低，上市時(shí)間越快。功耗回歸可以十分有效地防止設(shè)計(jì)中過(guò)度的功耗增加，類似于功能性回歸。
PowerArtist提供一個(gè)完整的回歸框架，包含明確定義的功耗指標(biāo)以及數(shù)據(jù)挖掘工具，以跟蹤功耗效率并幫助您找到功耗漏洞。一個(gè)常用的功耗效率指標(biāo)是時(shí)鐘門控效率（CGE）。除了可在邏輯綜合之前預(yù)測(cè)門控位數(shù)的靜態(tài)CGE，PowerArtist還可以計(jì)算周期精確的動(dòng)態(tài)CGE，作為一種度量數(shù)據(jù)穩(wěn)定時(shí)未門控的時(shí)鐘周期的指標(biāo)。PowerArtist存儲(chǔ)器功耗效率指標(biāo)跟蹤冗余的讀寫訪問(wèn)。功耗效率指標(biāo)可在不同的抽象級(jí)別使用（根據(jù)與該指標(biāo)的相關(guān)性）。比如，CGE 指標(biāo)可按觸發(fā)器、按時(shí)鐘門控、按層級(jí)以及按時(shí)鐘域報(bào)告?；貧w框架的一個(gè)重要要求是功耗數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)允許自定義查詢，以便搜索及比較不同設(shè)計(jì)版本的數(shù)據(jù)。PowerArtist的TCL功耗數(shù)據(jù)庫(kù)接口具有直觀、內(nèi)容廣泛的特點(diǎn)。PowerArtist 工具比較并確定不同設(shè)計(jì)版本的功耗指標(biāo)，并且可用于加快自定義功耗回歸的部署。
當(dāng)RTL處于開(kāi)發(fā)或者新的功能ECO階段中，功耗回歸方法已經(jīng)得到廣泛采用。在功耗方面激烈競(jìng)爭(zhēng)的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)通常使用PowerArtist運(yùn)行模塊以及芯片級(jí)回歸，以實(shí)現(xiàn)功耗目標(biāo)。
? RTL驅(qū)動(dòng)的電源網(wǎng)絡(luò)完整性
節(jié)能設(shè)計(jì)不僅僅關(guān)注于降低功耗——還要確保芯片、封裝及系統(tǒng)的電源及熱完整性。先進(jìn)制程技術(shù)的噪聲容限迅速下降，電源分配網(wǎng)絡(luò)（PDN）在配送所有場(chǎng)景下所需的電源方面面臨著更多的挑戰(zhàn)。低功耗技術(shù)導(dǎo)致在低功耗及高功耗狀態(tài)之間切換時(shí)di/dt的波動(dòng)更大，使得電源噪聲問(wèn)題進(jìn)一步加劇。在PDN設(shè)計(jì)階段，必須闡明此類功耗關(guān)鍵活動(dòng)場(chǎng)景。但是，門級(jí)仿真在后期階段才可用，而且覆蓋范圍有限。此外，物理工具并非設(shè)計(jì)用于分析長(zhǎng)矢量。
PowerArtist能夠以遠(yuǎn)快于物理分析工具的速度掃描數(shù)百萬(wàn)個(gè)RTL翻轉(zhuǎn)周期，進(jìn)而自動(dòng)關(guān)注于功耗關(guān)鍵場(chǎng)景以便進(jìn)行后續(xù)的電源分配網(wǎng)絡(luò)分析。它可以生成一個(gè)關(guān)注大功耗和di/dt場(chǎng)景以及其他功耗數(shù)據(jù)的RTL功耗模型（RPM）。ANSYS RedHawk隨后可直接讀取RPM，以便在針對(duì)一些模塊物理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)未準(zhǔn)備好時(shí)完成早期的PDN原型制樣，同時(shí)增加設(shè)計(jì)交付覆蓋率。借助RPM，ANSYS RedHawk還可以生成早期芯片功耗模型（CPM），從而實(shí)現(xiàn)早期芯片封裝協(xié)同設(shè)計(jì)。
RPM通過(guò)系統(tǒng)公司和ASIC供應(yīng)商之間，甚至同公司內(nèi)兩個(gè)團(tuán)隊(duì)之間的基于模型的交換，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的RTL物理設(shè)計(jì)流程。
