JP2007310831A - Autonomous adjusting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はポストファブリケーション技術に関し、特に対象回路を自律的に調整する自律調整装置に関する。 The present invention relates to post-fabrication technology, and more particularly, to an autonomous adjustment device that autonomously adjusts a target circuit.
半導体集積回路(IC)の微細化が進み、プロセスばらつきに起因する性能のばらつきが顕著になってきている。その対策としてプロセスばらつきを考慮したポストファブリケーション技術が用いられつつある。ポストファブリケーション技術とは、例えばICを製造した後に、遅延調整回路を調整することで最大動作周波数を向上させたり、電源電圧や閾値電圧を調整したりすることで消費電力を抑えるというものである(例えば、特許文献1参照。)。 As semiconductor integrated circuits (ICs) are miniaturized, performance variations due to process variations have become prominent. As a countermeasure, post-fabrication technology considering process variation is being used. The post-fabrication technology is to reduce power consumption by adjusting a delay adjustment circuit to improve the maximum operating frequency or adjusting a power supply voltage or a threshold voltage after manufacturing an IC, for example. (For example, refer to Patent Document 1).
しかし、上述した動作性能の調整をシステム・オン・チップ(SoC)レベルにて実施しようとすると、調整するべきパラメータ数、及びそれらの組み合わせは膨大であり、統一的なアルゴリズムを構築するのは難しい。つまり、各種のパラメータが互いに相関を有しているため、論理的なアルゴリズムを導き出すことが極めて困難である。 However, if the above-described operation performance adjustment is performed at the system-on-chip (SoC) level, the number of parameters to be adjusted and their combinations are enormous, and it is difficult to construct a unified algorithm. . In other words, since various parameters are correlated with each other, it is extremely difficult to derive a logical algorithm.
そこでよく用いられるのが遺伝的アルゴリズムである。「遺伝的アルゴリズム」とは、生物の進化の過程を真似て過去の最適解をもとに、選択 (selection)、交叉 (crossover)、及び突然変異 (mutation)を繰り返すことによって、より良い解を追求するアルゴリズムである。 Therefore, a genetic algorithm is often used. A `` genetic algorithm '' is a method that imitates the evolution process of a living organism and repeats selection, crossover, and mutation based on the past optimal solution to obtain a better solution. The algorithm to pursue.
遺伝的アルゴリズムの適用の仕方は様々であるが、そのいずれにおいても一般的といえる手法が存在せず、膨大な回数のトライ・アンド・エラーを繰り返さなければならない。しかしながら、製品出荷前の限られた調整時間内では必ずしも収束せず、出荷合格基準には達していても、その個体本来の最適値近辺には達していない場合が多い。
本発明は、製品出荷後においても自律的に対象回路の構成を調整可能な自律調整装置を提供する。 The present invention provides an autonomous adjustment device capable of autonomously adjusting the configuration of a target circuit even after product shipment.
本発明の一態様によれば、対象回路を自律的に調整する自律調整装置であって、対象回路の動作性能を設定する複数のパラメータの組み合わせからなるパラメータセットを保持する不揮発性メモリと、待機状態時において、対象回路が通常動作を行う通常モードから、対象回路に対する調整動作を行う調整モードに移行して、不揮発性メモリに保持されたパラメータセットを対象回路に設定するパラメータ制御部とを備える自律調整装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, an autonomous adjustment device that autonomously adjusts a target circuit, the nonvolatile memory holding a parameter set including a combination of a plurality of parameters that set the operation performance of the target circuit, and a standby A parameter control unit that shifts from a normal mode in which the target circuit performs a normal operation to an adjustment mode in which an adjustment operation is performed on the target circuit in a state, and sets a parameter set held in a nonvolatile memory in the target circuit An autonomous adjustment device is provided.
本発明によれば、製品出荷後においても自律的に対象回路の構成を調整可能な自律調整装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the autonomous adjustment apparatus which can adjust the structure of a target circuit autonomously even after product shipment can be provided.
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態における図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings in the following embodiments, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals.
(自律調整装置)
本発明の実施形態に係る半導体集積回路は、図1に示すように、自律調整装置10と、自律調整の対象となる対象回路20と、自律調整装置10を制御する制御装置30とを備える。対象回路20は、例えば画像処理回路又は通信処理回路等であり、デジタル回路又はアナログ回路、あるいはこれらの組み合わせによって構成される。
(Autonomous adjustment device)
As shown in FIG. 1, the semiconductor integrated circuit according to the embodiment of the present invention includes an
制御装置30は、図1に示す半導体集積回路の搭載された機器が待機状態であると判定されるとき、対象回路20の調整動作を行う調整モードへの移行を要求する信号(以下、「調整モード要求信号」と呼ぶ。)を発生させる。一定時間ユーザから入力操作がない場合、対象回路20の稼動状態を計測して非稼動状態と判断された場合、図1の半導体集積回路が搭載された機器がACアダプタ(図示省略)に接続された場合等に待機状態であると判定される。
When it is determined that the device on which the semiconductor integrated circuit shown in FIG. 1 is mounted is in the standby state, the
また、制御装置30は、ユーザからの入力操作等をトリガとして、対象回路20の調整動作を行わずに対象回路20を通常動作させる通常モードへの復帰を要求する信号(以下、「通常モード要求信号」と呼ぶ。)を発生させる。制御装置30としてRISCプロセッサを使用する場合、RISCプロセッサの割り込み機能を利用して通常モード要求信号を発生させることで、対象回路20が十分短期間で通常動作に復帰することが可能である。この結果、自律調整装置10は、図2に示すように、通常モードM1と調整モードM2のいずれかのモードで動作する。
In addition, the
自律調整装置10は、電源電圧、遅延量、及び閾値電圧等のパラメータの組み合わせからなるパラメータセットを対象回路20に供給し、対象回路20内の動作性能を調整する。すなわち、対象回路20は、自律調整装置10から供給されるパラメータセットによって、電源電圧、遅延量、及び閾値電圧等が回路ブロック毎に調整可能なように構成されている。一例として、パラメータセットを用いて対象回路20の電源電圧や閾値を回路ブロックごとに変更し、評価関数を用いて消費電力を計測することで、低消費電力化を目的とした調整モードが実行される。対象回路20の具体的な構成例については後述する。
自律調整装置10は、現在の動作モードが通常モードと調整モードのいずれであるかの情報を保持するモードレジスタ2と、パラメータセットを生成するパラメータジェネレータ3と、パラメータセットを記憶する不揮発性メモリ4と、パラメータジェネレータ3及び不揮発性メモリ4のいずれか一方の出力を選択するマルチプレクサ(MUX)5と、MUX5が選択したパラメータセットを保持するパラメータレジスタ部6と、パラメータセットの設定された対象回路20の動作特性を計測する計測回路9と、自律調整装置10内の各回路を制御するパラメータ制御部1とを備える。
The
The
パラメータレジスタ部6は、パラメータセットを構成する各パラメータP1,P2,…,Pnを保持する複数のパラメータレジスタ6_1〜6_nを備える(n;2以上の整数)。動作開始(リセット)直後は不揮発性メモリ4からパラメータセットがパラメータレジスタ部6に供給されるが、調整モードに移行すると、パラメータレジスタ部6はパラメータジェネレータ3が生成するパラメータセットを取り込む。
The parameter register unit 6 includes a plurality of parameter registers 6_1 to 6_n that hold the parameters P1, P2,. Immediately after the operation is started (reset), the parameter set is supplied from the nonvolatile memory 4 to the parameter register unit 6, but when the mode is shifted to the adjustment mode, the parameter register unit 6 takes in the parameter set generated by the
計測回路9は、対象回路20の動作周波数及び消費電力等の動作性能が仕様を満たしているかを判定する合格判定回路7と、対象回路20の動作性能が過去に計測された動作特性よりも優れているかを評価する性能評価回路8とを備える。具体的には、合格判定回路7は、パラメータを振った場合に対象回路20が、製品として仕様を満たしているか否かを判断する。製品として仕様を満たしていていない場合には、評価値が高くてもそのパラメータセットは不適切であるとして棄却される。例えば、最適化の目的が低消費電力の実現であるときに、パラメータ(電源電圧値や閾値電圧等)を振って、可能な限り消費電力を改善しようとする場合、例えば、満たすべき仕様としては最低動作周波数が挙げられる。
The
また、性能評価回路8は、評価関数を作成するものである。例えば回路の動作周波数を計測するものであれば動作周波数が大きければ大きいほど評価値が高いと判定し、消費電力を計測するものであれば消費電力値が小さければ小さいほど評価値が高いと判定する。上述したように、満たすべき仕様として最低動作周波数が設定されている場合、最低動作周波数は合格条件を満たしながら、低消費電力化を図るような構成が考えられる。
The
パラメータジェネレータ3は、対象回路20を調整するパラメータセットの候補を生成する。パラメータジェネレータ3のパラメータセット生成のアルゴリズムには、例えばランダム性を持つ遺伝的アルゴリズム等が利用できるが、他のアルゴリズムを利用してもかまわない。パラメータジェネレータ3には、試行中のパラメータを使用時の合格判定回路7及び性能評価回路8の出力が入力され、次のパラメータ候補の生成に用いられる。
The
具体的には、パラメータ制御部1は、調整モード時において、対象回路20の動作性能が仕様を満たし、且つ対象回路20の動作性能が過去に計測された動作特性よりも優れている場合に、不揮発性メモリ4を更新する。
Specifically, in the adjustment mode, the parameter control unit 1 satisfies the specification, and the operation performance of the
不揮発性メモリ4は1組のパラメータセットを記憶する。リセット時には不揮発性メモリ4が記憶したパラメータセットがパラメータレジスタにロードされ、対象回路20の調整に用いられる。また、調整モード時において、高性能であると判断されるパラメータセットが発見された場合、パラメータレジスタ部6に保持されているパラメータセットを用いて、パラメータ制御部1によって不揮発性メモリ4に記憶されるパラメータセットの内容が更新される。
The nonvolatile memory 4 stores one set of parameters. At reset, the parameter set stored in the nonvolatile memory 4 is loaded into the parameter register and used for adjustment of the
パラメータ制御部1は、パラメータレジスタ部6の書き込み許可信号、パラメータレジスタ部6の入力選択信号、パラメータジェネレータ3の制御信号、不揮発性メモリ4の書き込み許可信号、モードレジスタ2の更新信号等を出力する。また、パラメータ制御部1は、制御装置30からの調整モード要求信号及び通常モード要求信号が入力される。
The parameter control unit 1 outputs a write permission signal for the parameter register unit 6, an input selection signal for the parameter register unit 6, a control signal for the
(自律調整処理フロー)
次に、図3に示すフローチャートを参照して、本発明の実施形態に係る自律調整装置10の自律調整処理フローについて説明する。
(Autonomous adjustment processing flow)
Next, an autonomous adjustment processing flow of the
ステップS101において、自律調整装置10が調整モード時に移行すると、モードレジスタ2は、現在の動作モードが調整モードであることを示す情報を保持する。調整モード開始直後には、パラメータジェネレータ3は、不揮発性メモリ4に保持されるパラメータセットを参照して新たなパラメータセットを生成する。また、パラメータ制御部1がMUX5をパラメータジェネレータ3側に切り替えることで、パラメータジェネレータ3が生成したパラメータセットがパラメータレジスタ部6を介して対象回路20に設定される。対象回路20の内部には、対象回路20の各回路ブロックを網羅するテスト用のデータが予め設定されており、対象回路20はテスト用のデータを用いて動作する。
In step S101, when the
ステップS102において、計測回路9は対象回路20の動作性能を計測する。すなわち、合格判定回路7及び性能評価回路8は、対象回路20がテスト用のデータを用いて動作した際の対象回路20の動作周波数及び消費電力等の動作性能を計測する。
In step S <b> 102, the
ステップS103において、合格判定回路7は、ステップS102で計測された対象回路20の動作性能が仕様を満たしているか否か判定する。また、性能評価回路8は、ステップS102で計測された対象回路20の動作性能が、過去に計測された動作性能よりも高いか否かを判定する。対象回路20の動作性能が仕様を満たし、且つ過去に計測された動作性能よりも高い場合、ステップS104に移行する。ステップS102で計測された対象回路20の動作性能が仕様を満たさない、又は過去に計測された動作性能よりも低いと判定された場合、ステップS101に処理が戻る。計測された動作性能が、仕様を見たしていない、又は過去の計測結果よりも劣っていると判定された場合、その旨がパラメータ制御部1に通知される。この場合、パラメータレジスタ部6に保持されているパラメータセットが不揮発性メモリ4に記憶されずに、パラメータジェネレータ3が新たに生成したパラメータセットがパラメータレジスタ部6に保持される。
In step S103, the pass determination circuit 7 determines whether or not the operation performance of the
ステップS104において、パラメータ制御部1は、パラメータレジスタ部6に保持されているパラメータセットを、不揮発性メモリ4に転送する。この結果、不揮発性メモリ4で記憶されるパラメータセットが更新される。不揮発性メモリ4で記憶されるパラメータセットが更新されると、ステップS101に処理が戻る。 In step S <b> 104, the parameter control unit 1 transfers the parameter set held in the parameter register unit 6 to the nonvolatile memory 4. As a result, the parameter set stored in the nonvolatile memory 4 is updated. When the parameter set stored in the nonvolatile memory 4 is updated, the process returns to step S101.
なお、ステップS101〜S104の過程にて制御装置30から通常モード要求信号が出力されると、図2に示すように通常モードに復帰し、パラメータ制御部1がMUX5を不揮発性メモリ4側に切り替え、不揮発性メモリ4に保持されたパラメータセットをパラメータレジスタ部6に保持する。このように、制御装置30からの通常モード要求信号は割込みとして発生し、通常モード要求信号が出力された場合には、不揮発性メモリ4に保持されたパラメータセットがパラメータレジスタ部6に保持され、図3の調整モードから抜けることとなる。
When a normal mode request signal is output from the
以上詳細に述べたように、本発明の実施形態によれば、大規模化するSoCのパラメータ調整を、「出荷前」のみでなく、「使用後待機時」にも可能とすることで、極限までの性能向上、動作環境への適応、及び経年変化に対応することによる製品寿命の延長等を実現することができる。更に、自律調整装置10は、パラメータセットと評価関数の関係が適切であれば、動作周波数や消費電力に限らず、他の動作性能の向上に適用可能である。
As described above in detail, according to the embodiment of the present invention, it is possible to adjust the SoC parameters to be enlarged not only “before shipment” but also “in standby after use”. Performance improvement, adaptation to the operating environment, extension of product life by adapting to aging, etc. can be realized. Furthermore, if the relationship between the parameter set and the evaluation function is appropriate, the
(対象回路の具体例)
次に、図4を参照して、パラメータセットの具体的な更新動作例を説明する。ここでは対象回路20内部の第1回路ブロック20aと第2回路ブロック20bを自律調整する一例を説明する。第1回路ブロック20aと第2回路ブロック20bは、同一のプロセスによって製造され、同一の構成を有しているものとする。また、第1〜第3パラメータP1〜P3として、クロック入力の遅延値をとり、第1回路ブロック20aと第2回路ブロック20bのそれぞれの周期を評価するものとする。
(Specific example of target circuit)
Next, a specific example of the parameter set update operation will be described with reference to FIG. Here, an example of autonomously adjusting the
図4において、第1パラメータP1は第1FF201,211のクロック入力に対する遅延値であり、第2パラメータP2は第2FF203,213のクロック入力に対する遅延値であり、第3パラメータP3は第3FF205,215のクロック入力に対する遅延値である。
In FIG. 4, the first parameter P1 is a delay value with respect to the clock inputs of the
第1FF201,211と第2FF203,213との間には組み合わせ回路202,212が存在し、第2FF203,213と第3FF203,213との間には組み合わせ回路204,214が存在する。しかし、各組み合わせ回路202,212,204,214の遅延時間は製造時のばらつきによって個体間に差がありうる。図4の例では、第1回路ブロック20aでは組み合わせ回路202,204の遅延時間はそれぞれ60ns,40nsであるが、第2回路ブロック20bでは組み合わせ回路212,214の遅延時間はそれぞれ52ns,48nsである。
ここではパラメータを振って遅延値を更新する例を示す。例えば第1回路ブロック20aに対してパラメータジェネレータ3が新たなパラメータセットの候補として(P1,P2,P3)=(5ns,0ns,0ns)を出してきたとする。この場合、第1FF201,211のクロック遅延が5ns発生することにより第1FF201と第2FF203との間の遅延時間は65nsに相当するものとなるため、その回路の周期は長くなってしまう。したがってこのパラメータセットは不適切であるとみなされて棄却される。
Here, an example in which a delay value is updated by changing a parameter is shown. For example, assume that the
次にパラメータジェネレータ3が新たなパラメータセットの候補として(P1,P2,P3)=(0ns, 5ns,0ns)を出してきたとする。その際には上記の周期は55nsとなるためこのパラメータセットはより適切であると判断される。
Next, it is assumed that the
同様に第2回路ブロック20bに対してパラメータセットを振ってみる。第2回路ブロック20bにおける第1FF211と第2FF213との間の周期は52nsである。新たなパラメータセットの候補として(P1,P2,P3)=(5ns,0ns,0ns)とすれば、周期は57nsになってしまい、パラメータセットは棄却される。次に、(P1,P2,P3)=(0ns, 5ns,0ns)とすれば、第2FF213と第3FF215との間の周期が53nsとなるために棄却される。
Similarly, the parameter set is shaken for the
このように、同じ製品であっても第1回路ブロック20aで採用可能なパラメータが必ずしも第2回路ブロック20bで採用されるとは限らない。第2回路ブロック20bでは例えば(P1,P2,P3)=(0ns, 1ns,0ns)とすれば、第2FF213と第3FF215との間の周期は51ns となり、より良い状態であると判断されて、第2回路ブロック20bでも採用可能であると判断される。
As described above, even in the same product, parameters that can be adopted in the
(その他の実施形態)
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。
(Other embodiments)
As mentioned above, although this invention was described by embodiment, it should not be understood that the description and drawing which form a part of this indication limit this invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
上述した実施形態においては、不揮発性メモリ4は1組のパラメータセットを記憶すると説明したが、複数組のパラメータセットを記憶する構成であっても良い。 In the above-described embodiment, it has been described that the nonvolatile memory 4 stores one set of parameter sets. However, a configuration may be used in which a plurality of sets of parameter sets are stored.
図5に示すように、自律調整装置10の外部にセンサ40を設け、動作環境条件に応じた最適なパラメータセットを複数用意する構成も考えられる。一例として、動作温度帯を3つに分割して、それぞれの動作温度帯における最適パラメータをロードする構成としても良い。
As shown in FIG. 5, a configuration in which a
また、複数組のパラメータセットを保持する機能を備え、有限数のパラメータセットのヒストリ機能を備えることが考えられる。ただし、この場合でも最適なパラメータセットは1つである。 Further, it is conceivable to have a function of holding a plurality of parameter sets and a history function of a finite number of parameter sets. However, even in this case, the optimum parameter set is one.
更に、直接に対象回路20を調整する機能は持たないものの、そのパラメータセットに付随するメタデータを不揮発性メモリ4に格納しても良い。メタデータとしては、例えば、そのパラメータを生成した際の使用条件情報(温度等)であるとか、パラメータジェネレータ3で用いられたアルゴリズム情報(乱数のシード)等を付加しておき、それらの情報を次回のパラメータ生成に用いる構成が考えられる。
Further, although the function of directly adjusting the
既に述べた実施形態においては、図1の各回路が1チップ上に集積化されているとして説明したが、一部の回路をチップ外に外付けする構成としても良い。例えば、性能評価回路8として電力計測回路を外部に設け、電力値をチップへフィードバックするような構成であっても良い。
In the embodiment described above, it has been described that each circuit of FIG. 1 is integrated on one chip. However, a part of the circuit may be externally attached to the chip. For example, the
このように本発明は、ここでは記載していない様々な実施形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。 Thus, it should be understood that the present invention includes various embodiments and the like not described herein. Therefore, the present invention is limited only by the invention specifying matters in the scope of claims reasonable from this disclosure.
1…パラメータ制御部
4…不揮発性メモリ
7…合格判定回路
8…性能評価回路
9…計測回路
10…自律調整装置
20…対象回路
30…制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Parameter control part 4 ... Non-volatile memory 7 ...
Claims (5)
前記対象回路の動作性能を設定する複数のパラメータの組み合わせからなるパラメータセットを保持する不揮発性メモリと、
待機状態時において、前記対象回路が通常動作を行う通常モードから、前記対象回路に対する調整動作を行う調整モードに移行して、前記不揮発性メモリに保持された前記パラメータセットを前記対象回路に設定するパラメータ制御部
とを備えることを特徴とする自律調整装置。 An autonomous adjustment device that autonomously adjusts a target circuit,
A non-volatile memory holding a parameter set consisting of a combination of a plurality of parameters for setting the operation performance of the target circuit;
In a standby state, the target circuit shifts from a normal mode in which a normal operation is performed to an adjustment mode in which an adjustment operation is performed on the target circuit, and the parameter set held in the nonvolatile memory is set in the target circuit. An autonomous adjustment device comprising: a parameter control unit.
前記計測回路は、
前記対象回路の動作性能が仕様を満たしているかを判定する合格判定回路と、
前記対象回路の動作性能が過去に計測された動作特性よりも優れているかを評価する性能評価回路とを備え、
前記パラメータ制御部は、前記調整モード時において、前記対象回路の動作性能が仕様を満たし、且つ前記対象回路の動作性能が過去に計測された動作特性よりも優れている場合に、前記不揮発性メモリに保持されるパラメータセットを更新することを特徴とする請求項1又は2に記載の自律調整装置。 A measurement circuit for measuring the operation performance of the target circuit set with the parameter set in the adjustment mode;
The measuring circuit is
A pass determination circuit for determining whether the operation performance of the target circuit satisfies the specification; and
A performance evaluation circuit for evaluating whether the operation performance of the target circuit is superior to the operation characteristics measured in the past,
The parameter control unit, when the operation performance of the target circuit satisfies a specification and the operation performance of the target circuit is superior to the operation characteristics measured in the past in the adjustment mode, The autonomous adjustment apparatus according to claim 1, wherein the parameter set held in the system is updated.
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