CN115903976A - 数字集成电路功耗控制方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种数字集成电路功耗控制方法、装置、设备及存储介质，涉及集成电路控制技术领域，该方法包括：实时接收数字集成电路检测到的告警信号；若未接收到告警信号，则控制数字集成电路输出的电源电压在维持周期内保持稳定；在维持周期结束后，控制电源电压下降；当接收到告警信号，控制电源电压升高，直至告警信号消失，并在告警信号消失后，根据预设的修正裕度，控制电源电压升高；当电源电压的变化幅度达到修正裕度时，重新开始一个维持周期的计时。本方案能够动态调整数字集成电路的电压，并输出满足工作要求的最低电压，从而降低电路功耗。

Description

数字集成电路功耗控制方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本申请实施例涉及集成电路控制技术领域，尤其涉及一种数字集成电路功耗控制方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

随着信息时代的到来，数字集成电路在工业、通讯、汽车、物联网、人工智能等场合大量应用。数字集成电路的耗电已经成为其主要的能源消耗之一。而随着现代大规模集成电路的出现，数字集成电路工作时的功耗占据了电路能耗的绝大部分。

现有的数字集成电路电源电压都是通过LDO(Low Dropout Regulator，低压差线性稳压器)或DC-DC(Direct Current-Direct Current，直流转直流)电路产生的固定电压，如VDD，而且在工作温度升高时，VDD电压也会升高。上述的固定电压是考虑了各种工艺角(对应于性能范围)以及工作温度的最坏情况设定的。因此，在为了满足最差的工艺角以及最高温度的最坏情况下，固定电压只能按照相对保守的方式设计，以满足最坏情况的要求，而且还导致数字集成电路工作时产生的功耗较大，使得电路能耗过大，难以满足高效益的要求。

发明内容

本申请实施例提供了数字集成电路功耗控制方法、装置、设备及存储介质，能够动态调整数字集成电路的电压，并输出满足工作要求的最低电压，从而降低电路功耗。

第一方面，本申请实施例提供一种数字集成电路功耗控制方法，应用于数字集成电路，该方法包括：

实时接收数字集成电路检测到的告警信号；

若未接收到告警信号，则控制数字集成电路输出的电源电压在维持周期内保持稳定；

在维持周期结束后，控制电源电压下降；

当接收到告警信号，控制电源电压升高，直至告警信号消失，并在告警信号消失后，根据预设的修正裕度，控制电源电压升高；

当电源电压的变化幅度达到修正裕度时，重新开始一个维持周期的计时。

第二方面，本申请实施例提供一种数字集成电路功耗控制装置，包括：

告警检测模块，配置为实时接收数字集成电路检测到的告警信号；

告警响应模块，配置为若未接收到告警信号，则控制数字集成电路输出的电源电压在维持周期内保持稳定；

降压控制模块，配置为在维持周期结束后，控制电源电压下降；

升压控制模块，配置为当接收到告警信号，控制电源电压升高，直至告警信号消失，并在告警信号消失后，根据预设的修正裕度，控制电源电压升高；

电压维持模块，配置为当电源电压的变化幅度达到修正裕度时，重新开始一个维持周期的计时。

第三方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序，

当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现本申请实施例的数字集成电路功耗控制方法。

第四方面，本申请实施例还提供一种存储计算机可执行指令的存储介质，计算机可执行指令在由处理器执行时用于执行本申请实施例的数字集成电路功耗控制方法。

本申请通过动态调整LDO(或者DC-DC)的输出电压，以接收到告警信号时确定当前电路工作的最低电压，以输出满足工作要求的最低电压，从而达到降低电路功耗的效果。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的数字集成电路功耗控制方法的步骤流程图；

图2为本申请一实施例提供的对电源电压进行控制的示意图；

图3为本申请另一实施例提供的数字集成电路功耗控制方法的步骤流程图；

图4为本申请一实施例提供的数字集成电路功耗控制装置的示意图；

图5为本申请一实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请实施例作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请实施例，而非对本申请实施例的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请实施例相关的部分而非全部结构。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。在说明书以及权利要求书的描述中，“多个”表示为第一。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

数字集成电路的电源电压VDD是通过LDO或者DC-DC电路产生的，但VDD不是固定的电压值，对于不同数字集成电路，其VDD的电压值可能不同，甚至同一数字集成电路在不同的温度下，VDD也会被控制在不同的电压值下。

一般地，数字集成电路的功耗与电路的总电容、电压以及工作频率相关，在总电容和工作频率固定的情况下，数字集成电路的功耗与电压相关，且成正比关系，即当电压越大，则对应的功耗也越大。

为此，本申请提供了一种数字集成电路功耗控制方法，该方法可应用于数字集成电路中，用于调节电源电压，以达到降低电路功耗的效果。图1为本申请一实施例提供的数字集成电路功耗控制方法的步骤流程图，如图所示，该方法包括如下步骤：

步骤S110、实时接收数字集成电路检测到的告警信号。

数字集成电路对告警信号的检测实时进行的，该告警信号的产生可以是由外部电路提供的，还可以是由数字集成电路内集成的检测模块提供的。可以理解的是，告警信号的生成与电源电压和工作温度相关，如当电源电压低于预设的电压时，告警信号生成；或者，告警信号还与工作温度的变化相关，如当工作温度达到预设的温度值，告警信号生成。需要说明的是，告警信号可以为脉冲信号的形式，如在满足上述生成条件时，脉冲信号置1，而不满足时则置0。

可以想到的是，电源电压以及工作温度的变化对电路的时序会产生影响，因此告警信号可以是在数字集成电路检测到的时序不满足预设条件时生成。例如在最坏情况(如工艺角SS(Slow nmos Slow pmos)corner以及工作温度125℃)下，电压1.2V-10％对应的电路延时是4.723ns，当检测到的时序比4.723ns小时，告警信号生成，数字集成电路能够接收到该告警信号。

步骤S120、若未接收到告警信号，则控制数字集成电路输出的电源电压在维持周期内保持稳定。

当数字集成电路未能够接收到告警信号，即表示当前电路处于一个正常且安全的工作状态，当前的电源电压能够满足工作要求，因此，将电源电压保持在当前的电压值，并保持一个维持周期，应当想到的是，该维持周期是预设置的，也可以是受外部信号控制的周期。

步骤S130、在维持周期结束后，控制电源电压下降。

在电源电压保持稳定一个维持周期后，可以确定当前的电源电源能够满足数字集成电路的工作需要，为了控制电路功耗，需要对电源电压进行调整，因此，控制电源电压下降，即电源电压的电压值在不断变小。

步骤S140、当接收到告警信号，控制电源电压升高，直至告警信号消失，并在告警信号消失后，根据预设的修正裕度，控制电源电压升高。

在维持周期结束后接收到的告警信号均用于触发电源电压的调节，如在接收到该告警信号时，表示当前的数字集成电路处于亚健康工作状态，该电源电压已经达到数字集成电路工作的最低条件。因此，此时停止电压下降的操作，并且对于当前的数字集成电路来说，电源电压还需要升高一定幅度，如按照预设的步进升高电压，直到告警信号消失。而且，在告警信号消失后，仍需要升高电源电压，即按照预设的修正裕度升高电源电压。

当然，修正裕度同样作为预设的电压变化值，在告警信号的消失后，电源电压不断上升直至电压的变化幅度达到修正裕度。

步骤S150、当电源电压的变化幅度达到修正裕度时，重新开始一个维持周期的计时。

可以理解的是，对于变化幅度达到修正裕度的电源电压来说，电源电压进行保持的维持周期重新开始计时，即电源电压开始一个新的维持周期的保持。应当想到的是，在重新开始维持周期的计时后，数字集成电路仍在监测告警信息，在未接收到告警信号的情况下，控制电源电压在维持周期内保持稳定。

示例性的，如图2所示，图2为本申请一实施例提供的对电源电压进行控制的示意图，图中alarm信号以脉冲表示出现告警，如以脉冲的上升沿触发停止下降电压并进行升高的操作(对应于维持周期结束后接收到的告警信号)或者触发电压升高(对应维持周期内接收到的告警信号)，而脉冲宽度则与告警信号的时长相关，并且在告警信号消失后，电压仍需要再度升高，即告警信号的脉冲下降沿触发按照预设的裕度升高电压的操作。其中，t_update表示维持周期，而t_step表示一个调节步进，trim_margin表示修正裕度。电压VDD在alarm信号的消失后，开始上升一个修正裕度，在电压VDD的变化幅度满足修正裕度时，电压VDD停止升高并且保持一个维持周期。

此外，在该维持周期结束后，电压VDD开始下降，如图中的“电压下探”操作。在电压VDD的下降过程中，当检测到一个alarm信号的脉冲时，电压VDD会停止下降，转而开始升高，直至alarm信号的脉冲下降沿出现，才停止升高；而且在alarm信号消失后，电压仍需升高，直至其变化幅度满足修正裕度，电压VDD会在告警信号出现时开始升高，并且根据告警信号的时长升高，而且在告警信号消失后，还按照预设的修正裕度再度升高。因此，本申请的电源电压可以动态调节，使电压VDD重复维持-下降-升高-维持的过程，以更好地适配电压需求。

对于数字集成电路的功耗，可以采用公式p＝CV²f/2计算，其中，p为电路的功耗，C是电路工作节点的总电容，V是工作电压，f是工作频率。

对于输出电压为1.2V(±10％)的电压设计，也就是说在1.2V-10％的电压下，最差的工艺角最高的温度情况下电路也能正常工作。以90nm工艺为例，对于工艺角SS corner以及工作温度125℃的条件下，1.2V-10％对应的延时是4.723ns，同样的电路在工艺角FF(Fast nmos Fast pmos)corner，工作温度-40℃的条件，达到同样的延迟仅需1.2V-24.5％。

在未应用本方案的情况下，考虑到最坏情况以及LDO(或DC-DC)的输出精度问题，输出电压只能设定为1.2V，以保证在最坏情况下电路时序正常。而在采用了本方案的情况下，输出电压可以下降24.5％，在相同的总电容和工作频率下，电路功耗pn＝C(V*75.5％)²f/2＝57％p，即pn为采用本方案后的电路功耗，而p则为未采用本方案的电路功耗，由此可见，采用本方案后，电路功耗能够得到有效降低。

由上述方案可知，本方案通过对告警信号的监控，同时对电源电压保持稳定一个维持周期后降低电压，并且在接收到告警信号时，升高电源电压，即本方案通过动态地调整LDO或DC-DC的输出电压，将电压调整至确保电路能够正常工作的电压值，以适应数字集成电路的实际电压需求，同时还能有效地降低电路功耗。

需要说明的是，通常提供给设计人员的性能范围适用于数字集成电路时是以“工艺角”(Process Corner)的形式给出，以将性能范围限制在由四个角所确定的矩形内，SScorner和FF corner分别指的是左下角的corner和右上角的corner。

在一实施例中，在维持周期内接收到告警信号时，数字集成电路的电源电压的电压值先根据告警信号的时长升高，并在告警信号消失后再度升高，以满足修正裕度，如图2所示，在图示的第二个脉冲和第三个脉冲之间，电源电压先按照修正裕度升压，再开始维持一段时间后，接收到了alarm信号(如图中的第三个脉冲)，此时由于前后两个脉冲之间的间隔小，导致电源电压所维持的时间并不满足一个维持周期。而且，在接收到alarm信号时，电源电压开始升高，直至alarm信号消失，并且在alarm信号消失后，电源电压再度升高，使得其电压幅值的变化幅度满足修正裕度(即trim_margin)。

因此，在数字集成电路运行的过程中，对于告警信号的检测是持续进行的，当接收到告警信号时，无论维持周期结束与否，均升高电源电压，以确保数字集成电路处于一个正常且安全的工作状态。

对于电源电压的升高，图3中示出了进行升压的步骤流程，如图3所示，本申请的数字集成电路功耗控制方法还包括如下步骤：

步骤S310、基于预设的调节步进，对修正裕度划分为至少一个调节档位。

修正裕度是确定的，但在升压的过程中，电源电压的变化并非完全是线性变化的，而是按照预设的调节步进进行升压，应当想到的是，调节步进对应于一个时长。修正裕度按照调节步进划分为至少一个调节档位，例如，当调节步进设置有2个时，对应的，修正裕度划分为3个调节档位。

步骤S320、在一个调节步进内控制电源电压升高一个调节档位，直至电源电压的变化幅度达到修正裕度。

结合图2，可以理解的是，当接收到alarm信号的脉冲下降沿时，电源电压升高，并且在调节一个调节档位后维持，随后再升高一个调节档位，即每个调节步进内，电源电压升高一个调节档位，直到电源电压的变化幅度达到修正裕度为止。因此，在调节步进设置有2个的情况下，电源电压升高三个调节档位。

对于电源升压，升高一个调节档位后维持，使得电压缓慢升高，能有效地避免电压升高过快或升高幅度过大而导致数字集成电路损坏的情况发生。

在一实施例中，对于电压电压下降的过程，同样基于预设的调节步进进行降压，即每个调节步进，电源电压的电压值下降一个降压幅度。结合图2，在维持周期结束后，电源电压在电压值下降一个降压幅度后维持，随后再下降一个降压幅度，该过程循环进行，直到接收到告警信号。

在降压的过程中，每次下降一个降压幅度后均维持一段预设时间，以使得电压缓慢下降，从而有效地减少电压下降过快而导致数字集成电路损坏的情况发生，有助于电路的稳定运行。

需要说明的是，在电源电压以降压幅度进行降压的过程中，若接收到告警信号，同样地，控制电源电压停止降压，并且恢复至上一调节步进所对应的电压幅值，即电源电压先恢复上一调节步进中所保持的幅值，再进行升压，直至告警信号消失；此外，在告警信号消失后，电压再度升高，使得电压的变化幅度满足修正裕度。当然，对电源电压的升压方式，可以采用升高一个调节档位后保持一段预设时间后再升高一个调节档位的方式进行。

图4为本申请一实施例提供的数字集成电路功耗控制装置的示意图，该装置用于执行上述实施例提供的数字集成电路功耗控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。如图所示，该装置具体包括：告警检测模块401、告警响应模块402、降压控制模块403、升压控制模块404和电压维持模块405。

其中，告警检测模块401配置为实时接收数字集成电路检测到的告警信号；

告警响应模块402配置为若未接收到告警信号，则控制数字集成电路输出的电源电压在维持周期内保持稳定；

降压控制模块403配置为在维持周期结束后，控制电源电压下降；

升压控制模块404配置为当接收到告警信号，控制电源电压升高，直至告警信号消失，并在告警信号消失后，根据预设的修正裕度，控制电源电压升高；

电压维持模块405配置为当电源电压的变化幅度达到修正裕度时，重新开始一个维持周期的计时。

在上述实施例的基础上，升压控制模块404还配置为：

若在维持周期内接收到告警信号，则控制电源电压升高，直至告警信号消失，并在告警信号消失后，根据预设的修正裕度，控制电源电压升高。

在上述实施例的基础上，升压控制模块404还配置为：

基于预设的调节步进，对修正裕度划分为至少一个调节档位；

在一个调节步进内控制电源电压升高一个调节档位，直至电源电压的变化幅度达到修正裕度。

在上述实施例的基础上，降压控制模块403还配置为：

在一个调节步进内根据预设的降压幅度调节电源电压，直至接收到告警信号。

在上述实施例的基础上，降压控制模块403还配置为：

若在电源电压以降压幅度下降的过程中检测到告警信号，则控制电源电压恢复至上一调节步进所保持的幅值后，并在告警信号消失后根据预设的修正裕度，控制电源电压升高。

在上述实施例的基础上，告警信号在数字集成电路检测到的时序不满足预设条件时生成。

在上述实施例的基础上，电源电压的升高基于告警信号的下降沿触发。

值得注意的是，上述数字集成电路功耗控制装置的实施例中，所包括的各个功能模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。

图5为本申请一实施例提供的一种电子设备的结构示意图，如图所示，的该设备包括处理器501、存储器502、输入装置503和输出装置504，设备中处理器501的数量可以是一个或多个，图中以一个处理器501为例；设备中的处理器501、存储器502、输入装置503和输出装置504可以通过总线或其他方式连接，图中以通过总线连接为例。存储器502作为一种计算机可读的存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的数字集成电路功耗控制方法对应的程序指令/模块。处理器501通过运行存储在存储器502中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的数字集成电路功耗控制方法。

存储器502可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据网关设备的使用所创建的数据等。此外，存储器502可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器502可进一步包括相对于处理器501远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至终端设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置503可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置504可用于发送或显示与设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输出。

本申请实施例还提供一种存储有计算机可执行指令的存储介质，计算机可执行指令在由处理器执行时用于执行本申请任一实施例提供的数字集成电路功耗控制方法中的相关操作。

计算机可读的存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带、磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种数字集成电路功耗控制方法，其特征在于，应用于数字集成电路，所述方法包括：

实时接收所述数字集成电路检测到的告警信号；

若未接收到所述告警信号，则控制所述所述数字集成电路输出的电源电压在维持周期内保持稳定；

在所述维持周期结束后，控制所述电源电压下降；

当接收到所述告警信号，控制所述电源电压升高，直至所述告警信号消失，并在所述告警信号消失后，根据预设的修正裕度，控制所述电源电压升高；

当所述电源电压的变化幅度达到所述修正裕度时，重新开始一个维持周期的计时。

2.根据权利要求1所述的数字集成电路功耗控制方法，其特征在于，还包括：

若在所述维持周期内接收到所述告警信号，则控制所述电源电压升高，直至所述告警信号消失，并在所述告警信号消失后，根据预设的修正裕度，控制所述电源电压升高。

3.根据权利要求1或2所述的数字集成电路功耗控制方法，其特征在于，所述在所述告警信号消失后，根据预设的修正裕度，控制所述电源电压升高包括：

基于预设的调节步进，对所述修正裕度划分为至少一个调节档位；

在一个所述调节步进内控制所述电源电压升高一个所述调节档位，直至所述电源电压的所述变化幅度达到所述修正裕度。

4.根据权利要求1所述的数字集成电路功耗控制方法，其特征在于，所述在所述维持周期结束后，控制所述电源电压下降包括：

在一个调节步进内根据预设的降压幅度调节所述电源电压，直至接收到所述告警信号。

5.根据权利要求4所述的数字集成电路功耗控制方法，其特征在于，还包括：

若在所述电源电压以所述降压幅度下降的过程中检测到所述告警信号，则控制所述电源电压恢复至上一调节步进所保持的幅值，并在所述告警信号消失后根据预设的修正裕度，控制所述电源电压升高。

6.根据权利要求1所述的数字集成电路功耗控制方法，其特征在于，所述告警信号在所述数字集成电路检测到的时序不满足预设条件时生成。

7.根据权利要求1所述的数字集成电路功耗控制方法，其特征在于，所述电源电压的升高基于所述告警信号的下降沿触发。

8.一种数字集成电路功耗控制装置，应用于数字集成电路，所述装置包括：

告警检测模块，配置为实时接收所述数字集成电路检测到的告警信号；

告警响应模块，配置为若未接收到所述告警信号，则控制所述数字集成电路输出的电源电压在维持周期内保持稳定；

降压控制模块，配置为在所述维持周期结束后，控制所述电源电压下降；

升压控制模块，配置为当接收到所述告警信号，控制所述电源电压升高，直至所述告警信号消失，并在所述告警信号消失后，根据预设的修正裕度，控制所述电源电压升高；

电压维持模块，配置为当所述电源电压的变化幅度达到所述修正裕度时，重新开始一个维持周期的计时。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序，当一个或多个所述程序被一个或多个所述处理器执行，使得一个或多个所述处理器实现如权利要求1-7中任一项所述的数字集成电路功耗控制方法。

10.一种存储计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由处理器执行时用于执行如权利要求1-7中任一项所述的数字集成电路功耗控制方法。

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