JP4209377B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置の電力制御に関わり、特にマイクロプロセッサに代表される低消費電力かつ高速動作を要求される半導体データ処理装置の電力制御に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to power control of a semiconductor device, and more particularly, to a technique effective when applied to power control of a semiconductor data processing device that requires low power consumption and high-speed operation represented by a microprocessor.
従来から電子機器の性能向上に関する要求は大きく、現在主流であるディジタル電子回路では動作クロック周波数の向上することでこの要求に応えてきた。電子機器の消費電力はクロック周波数と比例関係にあるため、これはすなわち消費電力を増加させる方向に働いていると言える。また、半導体集積回路においては集積度の向上により、システム全体を1つのLSIとして設計・製造を行うSOC(System−On−a−Chip)と呼ばれる手法がとられており、システムの性能向上と小型化を実現している。このSOC設計は複数の半導体回路の機能を取り込むことから、一つの半導体集積回路が消費し得る消費電力を増加させる方向に働いている。ここで述べた消費電力の増加は、デバイスによって決定される電源電圧を一定と考えると消費電流の増加を意味する。この消費電流は、電子回路や配線の持つ抵抗成分によって回路の電源電圧を低下させ、結果として電子回路の動作速度を低下させる方向に働く。 Conventionally, there has been a great demand for improving the performance of electronic equipment, and digital electronic circuits, which are currently mainstream, have responded to this demand by improving the operating clock frequency. Since the power consumption of the electronic device is proportional to the clock frequency, it can be said that this works in the direction of increasing the power consumption. Moreover, in the semiconductor integrated circuit, a technique called SOC (System-On-a-Chip), in which the entire system is designed and manufactured as a single LSI due to the improvement in the degree of integration, has been taken to improve the system performance and reduce the size. Has been realized. Since this SOC design incorporates the functions of a plurality of semiconductor circuits, it works in the direction of increasing the power consumption that can be consumed by one semiconductor integrated circuit. The increase in power consumption described here means an increase in current consumption when the power supply voltage determined by the device is considered constant. This consumption current acts in the direction of lowering the power supply voltage of the circuit due to the resistance component of the electronic circuit and wiring, and consequently reducing the operation speed of the electronic circuit.
その一方で、電子回路の低消費電力化は、携帯機器の連続利用可能時間(電池寿命)の延長や省エネルギーなどの要求により重要な課題となっており、相反する要求が存在する状況にある。特に小型の携帯機器においては、連続利用時間の要求以外に、システムの小型化・低価格化のために十分な電流を供給させるだけの電源装置が設置できないため、電子回路で消費できる最大電流に厳しい制限が設けられることが多い。もし、この電流制限が守られなかった場合には、電子回路に供給される電圧が降下し、回路が誤動作することになる。そのため、電子回路が誤動作しないことを保証するために、その集積回路が持つ機能ブロックがすべて並列に動作した時に消費し得る最大の電流をシミュレーションで計算し、電源の容量を超えないような動作周波数仕様を制限して決定することが従来から行われていた。 On the other hand, reducing the power consumption of electronic circuits has become an important issue due to demands for extending the continuous use time (battery life) of portable devices and saving energy, and there are conflicting demands. Especially for small portable devices, in addition to the requirement for continuous use time, it is not possible to install a power supply unit that can supply sufficient current to reduce the size and cost of the system. There are often severe restrictions. If this current limit is not observed, the voltage supplied to the electronic circuit will drop and the circuit will malfunction. Therefore, in order to ensure that the electronic circuit does not malfunction, the maximum current that can be consumed when all the functional blocks of the integrated circuit operate in parallel is calculated by simulation, and the operating frequency does not exceed the capacity of the power supply. In the past, it was determined to limit the specifications.
こういった電圧降下に対する解決方法として、特許文献1には、集積回路内に電源電圧を検出するセルを配置し、電圧降下を検出すると、外部電源装置の出力電圧を補正する、或いは動作クロック周波数を低下させる、などによって電源の降下を補正する制御を行うことが記されている。特に電圧降下の検出はLSIの一箇所だけで行うようになっている。
As a solution to such a voltage drop,
多くの機能ブロックを持つ大規模なSOC等では、搭載する全ての機能ブロックが並列に動作すると想定した場合でも誤動作しないことを保証するために、大きな電圧降下を仮定しなくてはならない。しかし、実際のシステムでは全機能ブロックが同時に利用される頻度は少なく、最大電流と平均電流に大きな差が発生する。そのため、SOC化するがゆえに電源装置とそれに付随する電源レギュレータに大きなコストを支払うといった問題が発生する。この点について本発明者は、例えば半分程度の機能ブロックが並列動作したときの電流消費を基準に誤動作しないことを保証するための動作周波数仕様を決定し、この速度仕様で誤動作を生ずるような過大な電力消費を生ずるときに誤動作の発生を抑止するための手段を講ずることについて検討した。 In a large-scale SOC or the like having a large number of functional blocks, a large voltage drop must be assumed in order to ensure that no malfunction occurs even when all the functional blocks installed are assumed to operate in parallel. However, in an actual system, the frequency with which all functional blocks are used simultaneously is low, and a large difference occurs between the maximum current and the average current. For this reason, there is a problem that a large cost is paid to the power supply device and the accompanying power supply regulator because of the SOC. With respect to this point, the present inventor determined an operating frequency specification for ensuring that no malfunction occurs based on the current consumption when, for example, about half of the functional blocks are operated in parallel, and the speed specification is excessive. To take measures to prevent the occurrence of malfunction when excessive power consumption occurs.
第1に、過大な電力消費を生ずるときに外部電源電圧を補正する場合について検討した。電圧降下を検出したとき外部の電源電圧を補正するには、十分な容量の外部電源を持つシステムであることが条件になり、例えば携帯機器などのバッテリで駆動される機器で電源容量が不足した場合には適用不可能である。 First, the case of correcting the external power supply voltage when excessive power consumption occurs was examined. In order to correct the external power supply voltage when a voltage drop is detected, the system must have an external power supply with sufficient capacity. For example, a battery-powered device such as a portable device has insufficient power supply capacity. It is not applicable in some cases.
第2に、過大な電力消費を生ずるときに動作周波数を遅く補正する場合について検討した。半導体装置の電圧降下は特に活性化している論理回路部分の周辺に局所的に発生することが良く知られている。ある機能ブロックで電圧降下を検出したからといって直ちに半導体装置全体の動作周波数を低下させると、システム性能が著しく低下してしまう。一部の機能ブロックに局所的に電圧降下が発生したとしても、該当機能ブロックから離れた位置に存在する別の機能ブロック付近では電圧降下が発生しているとは限らず、この状況下において半導体装置全体を単位に電圧や周波数補正処理を行なったのでは、半導体装置の性能低下若しくは動作効率低下を招来してしまう。特許文献1に記載の技術は電圧降下の検出ポイントが半導体装置の一箇所だけであり、それによってLSI全体を単位に電圧や周波数補正処理を行っているだけである。
Secondly, the case where the operating frequency is corrected slowly when excessive power consumption occurs is examined. It is well known that a voltage drop of a semiconductor device is locally generated especially around an active logic circuit portion. If the operating frequency of the entire semiconductor device is lowered immediately after a voltage drop is detected in a certain functional block, the system performance is significantly lowered. Even if a voltage drop locally occurs in some functional blocks, the voltage drop does not always occur near another functional block that is located away from the relevant functional block. If the voltage and frequency correction processing is performed in units of the entire device, the performance or operating efficiency of the semiconductor device is reduced. In the technique described in
第3に、機能ブロックによる処理の軽重を考慮した電流容量の適切な分配について検討した。例えば、SOCに搭載される機能ブロックには、それ自身の処理性能がシステム性能を大きく左右するプロセッサなどの機能ブロックもあれば、システム性能に影響の少ない機能ブロックもある。このように処理内容に優先度がある半導体装置に対しては、与えられた電流容量を適切に配分することで性能向上に資する可能性のあることが本発明者によって見出された。 Thirdly, an appropriate distribution of current capacity in consideration of the weight of processing by the functional block was examined. For example, the functional blocks mounted on the SOC include functional blocks such as a processor whose own processing performance greatly affects the system performance, and other functional blocks that have little influence on the system performance. As described above, the present inventor has found that there is a possibility of contributing to performance improvement by appropriately allocating a given current capacity to a semiconductor device having priority in processing contents.
本発明の目的は、電圧降下による回路の誤動作を防止することができる半導体装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of preventing malfunction of a circuit due to a voltage drop.
本発明の別の目的は、電圧降下による回路の誤動作を防止するのにデータ処理速度を遅くする制御を採用したとき、それによる処理性能の低下を小さく抑えることができる半導体装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of minimizing the deterioration in processing performance caused by adopting control for reducing the data processing speed in order to prevent malfunction of the circuit due to voltage drop. is there.
本発明の更に別の目的は、電圧降下による誤動作防止を考慮した最大動作周波数や電源容量に関する過剰なマージンを抑え、実質的な動作周波数の向上、実質的な最大消費電力の削減、電源装置のコスト削減に資することができる半導体装置を提供することにある。 Still another object of the present invention is to suppress an excessive margin related to the maximum operating frequency and the power supply capacity in consideration of the malfunction prevention due to the voltage drop, to substantially improve the operating frequency, to substantially reduce the maximum power consumption, and to improve the power supply device. An object of the present invention is to provide a semiconductor device that can contribute to cost reduction.
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。 The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
〔1〕半導体装置は、第1電圧降下検出回路、前記第1電圧降下回路に接続される第1電流抑止回路、及びデータを処理するための第1データ処理部を有する第1機能ブロックと、第2電圧降下検出回路、前記第2電圧降下検出回路に接続される第2電流抑止回路、及びデータを処理するための第2データ処理部を有する第2機能ブロックとを有する。前記第1電圧降下検出回路は、前記第1電圧降下検出回路に供給される動作電圧が所定の電圧より小さくなったことを検出し、前記第1電流抑止回路に第1電流抑止信号を出力する。前記第1電流抑止回路は、前記第1電流抑止信号を受けて、前記第1データ処理部で処理される単位時間あたりの回路動作量を少なくするように前記第1データ処理部を制御する。前記第2電圧降下検出回路は、前記第2電圧降下検出回路に供給される動作電圧が所定の電圧より小さくなったことを検出し、前記第2電流抑止回路に第2電流抑止信号を出力する。前記第2電流抑止回路は、前記第2電流抑止信号を受けて、前記第2データ処理部の単位時間あたりの回路動作量を少なくするように前記第2データ処理部を制御する。上記半導体装置によれば、電圧降下を局所的に検出し、検出した部位の機能ブロックに対してデータ処理速度を遅くするから、電圧降下による誤動作を防止することができ、局所的なデータ処理速度の制御により半導体装置全体における処理性能の低下を小さく抑えることができる。 [1] A semiconductor device includes a first functional block having a first voltage drop detection circuit, a first current suppression circuit connected to the first voltage drop circuit, and a first data processing unit for processing data; A second voltage drop detection circuit; a second current suppression circuit connected to the second voltage drop detection circuit; and a second functional block having a second data processing unit for processing data. The first voltage drop detection circuit detects that the operating voltage supplied to the first voltage drop detection circuit is lower than a predetermined voltage, and outputs a first current inhibition signal to the first current inhibition circuit. . The first current suppression circuit receives the first current suppression signal and controls the first data processing unit to reduce the circuit operation amount per unit time processed by the first data processing unit. The second voltage drop detection circuit detects that the operating voltage supplied to the second voltage drop detection circuit is lower than a predetermined voltage, and outputs a second current suppression signal to the second current suppression circuit. . The second current suppression circuit receives the second current suppression signal and controls the second data processing unit to reduce the circuit operation amount per unit time of the second data processing unit. According to the semiconductor device, since the voltage drop is locally detected and the data processing speed is reduced with respect to the detected functional block, the malfunction due to the voltage drop can be prevented, and the local data processing speed can be prevented. With this control, it is possible to suppress a decrease in processing performance of the entire semiconductor device.
本発明の具体的な形態として、前記第1電圧降下検出回路は、複数個の第1フリップフロップ回路と、前記複数個の第1フリップフロップ回路の出力を受けて論理動作を行う論理回路と、前記論理回路による論理動作によって得られる出力データを入力する第2フリップフロップ回路と、前記第2フリップフロップ回路の出力データを期待値データと比較する比較回路とを有し、前記第1フリップフロップ回路及び第2フリップフロップ回路は、同じクロック信号によりデータを取り込み、前記比較回路は前記第2フリップフロップ回路に取り込まれたデータと期待値データとが異なる場合に、前記第1電流抑止信号を出力する。電圧降下を生ずると、クロック信号には伝達遅延を生ずるが周波数は変化しない。このとき論理回路は動作遅延を生ずる。したがって、電圧降下を生ずると、論理回路の論理動作はフリップフロップの入力タイミングに間に合わず、前記第2フリップフロップ回路に取り込まれたデータは期待値データに一致しなくなる。これによれば、論理回路を実際の回路に即したダミー回路とすることによって、高精度に電圧降下を検出することができる。 As a specific form of the present invention, the first voltage drop detection circuit includes a plurality of first flip-flop circuits, a logic circuit that receives the outputs of the plurality of first flip-flop circuits, and performs a logic operation; A second flip-flop circuit for inputting output data obtained by a logic operation by the logic circuit; and a comparison circuit for comparing the output data of the second flip-flop circuit with expected value data. And the second flip-flop circuit fetches data by the same clock signal, and the comparison circuit outputs the first current suppression signal when the data fetched by the second flip-flop circuit differs from the expected value data. . When a voltage drop occurs, a transmission delay occurs in the clock signal, but the frequency does not change. At this time, the logic circuit causes an operation delay. Therefore, when a voltage drop occurs, the logic operation of the logic circuit does not keep up with the input timing of the flip-flop, and the data fetched into the second flip-flop circuit does not match the expected value data. According to this, a voltage drop can be detected with high accuracy by using a logic circuit as a dummy circuit in accordance with an actual circuit.
本発明の別の具体的な形態として、前記第1電圧降下検出回路は、前記第1電圧降下検出回路の動作電圧と基準電圧とが入力される電圧比較器を有し、前記電圧比較器は、前記動作電圧と前記基準電圧の電位差が所定の電位差より大きくなった場合に、前記第1電流抑止信号を出力する。この場合にはアナログ回路が必要になる。 As another specific form of the present invention, the first voltage drop detection circuit includes a voltage comparator to which an operating voltage and a reference voltage of the first voltage drop detection circuit are input, and the voltage comparator is When the potential difference between the operating voltage and the reference voltage is greater than a predetermined potential difference, the first current suppression signal is output. In this case, an analog circuit is required.
本発明の更に別の具体的な形態として、前記第1電圧降下検出回路は、前記第1電圧降下検出回路の動作電圧で動作するリングオシレータと、前記リングオシレータに接続されるカウンタと、前記カウンタに接続される比較器とを有し、前記比較器は、所定期間毎に前記カウンタに保持されるカウント値と予め定められた基準値とを比較して、前記カウント値の方が小さい場合に、前記第1電流抑止信号を出力する。 As yet another specific form of the present invention, the first voltage drop detection circuit includes a ring oscillator that operates at an operating voltage of the first voltage drop detection circuit, a counter connected to the ring oscillator, and the counter A comparator connected to the counter, the comparator compares a count value held in the counter every predetermined period with a predetermined reference value, and the count value is smaller The first current suppression signal is output.
本発明の更に別の具体的な形態として、前記第1データ処理部は、複数のステージに分けてデータを処理するパイプライン動作を行い、前記第1電流抑止回路は、前記第1電流抑止信号を受けた場合に、パイプラインにストールを発生されるように前記第1データ処理部を制御する。ストールとは対象となる命令のステージに推移を停止することである。 As yet another specific form of the present invention, the first data processing unit performs a pipeline operation to process data in a plurality of stages, and the first current suppression circuit includes the first current suppression signal. The first data processing unit is controlled so that a stall is generated in the pipeline. Stall is to stop the transition to the target instruction stage.
本発明の更に別の具体的な形態として、前記第1データ処理部は、複数のデータを並列に処理することが可能であり、前記第1電流抑止回路は、前記第1電流抑止信号を受けた場合に、並列に処理するデータの数を減らす。 As yet another specific form of the present invention, the first data processing unit can process a plurality of data in parallel, and the first current suppression circuit receives the first current suppression signal. The number of data to be processed in parallel is reduced.
本発明の更に別の具体的な形態として、前記半導体装置は、メモリを更に具備し、前記第1電流抑止回路は、前記第1電流抑止信号を受けた場合に、前記第1データ処理部から前記メモリへのアクセスを止める。アクセスを止めるとは、アクセスサイクルを引き伸ばし、若しくはウェイトサイクルを挿入し、又は間欠的にアクセスサイクルを起動することなどを意味する。 As yet another specific form of the present invention, the semiconductor device further includes a memory, and the first current suppression circuit receives the first current suppression signal from the first data processing unit when receiving the first current suppression signal. Stop access to the memory. Stopping access means extending an access cycle, inserting a wait cycle, or intermittently starting an access cycle.
本発明の更に別の具体的な形態として、前前記半導体装置は、第1ビット数を並列に前記第1データ処理部に出力可能なメモリを有し、前記第1電流抑止回路は、前記第1電流抑止信号を受けた場合に、前記第1ビット数より少ないビット数を並列に前記第1データ処理部に出力させるように制御する。 As yet another specific form of the present invention, the semiconductor device includes a memory capable of outputting a first number of bits in parallel to the first data processing unit, and the first current suppression circuit includes the first current suppressing circuit. When receiving the 1 current suppression signal, control is performed so that the number of bits smaller than the first number of bits is output in parallel to the first data processing unit.
〔2〕本発明の別の観点による半導体装置は、第1電圧降下検出回路及びデータを処理するための第1データ処理部を有する第1機能ブロックと、第2電圧降下検出回路及びデータを処理するための第2データ処理部を有する第2機能ブロックと、前記第1機能ブロック及び前記第2機能ブロックに接続されるバスと、前記バスに接続されるバス制御論理回路とを有する。前記第1電圧降下検出回路は、前記第1電圧降下検出回路に供給される動作電圧が所定の電圧より小さくなったことを検出し、前記バス制御論理回路に第1電流抑止信号を出力する。前記第2電圧降下検出回路は、前記第2電圧降下検出回路に供給される動作電圧が所定の電圧より小さくなったことを検出し、前記バス制御論理回路に第2電流抑止信号を出力する。前記バス制御論理回路は、前記第1電流抑止信号を受けた場合に、前記第1機能ブロックに対してバス権を与えないように制御し、前記第2電流抑止信号を受けた場合に、前記第2機能ブロックに対してバス権を与えないように制御する。機能ブロックがバスマスタであるときには電圧降下による誤動作防止のためにバス制御論理回路を有効利用することができる。 [2] A semiconductor device according to another aspect of the present invention includes a first functional block having a first voltage drop detection circuit and a first data processing unit for processing data, a second voltage drop detection circuit, and data processing. A second functional block having a second data processing unit, a bus connected to the first functional block and the second functional block, and a bus control logic circuit connected to the bus. The first voltage drop detection circuit detects that the operating voltage supplied to the first voltage drop detection circuit is lower than a predetermined voltage, and outputs a first current suppression signal to the bus control logic circuit. The second voltage drop detection circuit detects that the operating voltage supplied to the second voltage drop detection circuit has become smaller than a predetermined voltage, and outputs a second current suppression signal to the bus control logic circuit. The bus control logic circuit controls not to give a bus right to the first functional block when receiving the first current suppression signal, and when receiving the second current suppression signal, Control is performed so that the bus right is not given to the second function block. When the functional block is a bus master, the bus control logic circuit can be effectively used to prevent malfunction due to voltage drop.
〔3〕本発明の更に別の観点による半導体装置は、電圧降下検出回路、電流制御判定回路、及び電流抑止回路を有する複数個の機能ブロックを備える。前記電圧降下検出回路は、前記電圧降下検出回路に供給される動作電圧が所定の電圧よりも電圧降したかを検出する。前記電流抑止回路は自らが含まれる機能ブロックの電流制御判定回路で生成された電流抑止要求を受けて前記自らが含まれる機能ブロック内の前記データ処理部の単位時間あたりの回路動作量を少なくするように当該データ処理部を制御する。前記電流制御判定回路は、自らが含まれる機能ブロックにおける前記電圧降下検出回路による電圧降下の検出又は隣接する他の回路ブロックにおける電流制御判定回路で生成された電流抑止要求に応答して自らが含まれる機能ブロックの電流抑止回路に電流抑止要求を与える制御と、他の機能ブロックにおける前記電圧降下検出回路による電圧降下の検出に基づいて自らが含まれる機能ブロックの電流抑止回路に電流抑止要求を与える制御とを行う。局所的に発生した電圧降下はその周りに波及することを考慮すれば、それによる影響も未然に防止可能になる。 [3] A semiconductor device according to still another aspect of the present invention includes a plurality of functional blocks including a voltage drop detection circuit, a current control determination circuit, and a current suppression circuit. The voltage drop detection circuit detects whether the operating voltage supplied to the voltage drop detection circuit has dropped below a predetermined voltage. The current suppression circuit receives a current suppression request generated by the current control determination circuit of the functional block including itself, and reduces the circuit operation amount per unit time of the data processing unit in the functional block including the current suppression circuit. In this way, the data processing unit is controlled. The current control determination circuit is included in response to a detection of a voltage drop by the voltage drop detection circuit in the functional block in which it is included or a current suppression request generated by a current control determination circuit in another adjacent circuit block. Based on the control for giving a current suppression request to the current suppression circuit of the function block to be detected and the detection of the voltage drop by the voltage drop detection circuit in the other functional block, the current suppression request is given to the current suppression circuit of the functional block including itself Control. Considering that the locally generated voltage drop spreads around the voltage drop, it is possible to prevent the influence of the voltage drop.
本発明の具体的な形態として、前記電流制御判定回路は、自らが含まれる機能ブロックの動作内容に応じてその処理の優先レベルを参照すると共に、自らが含まれる機能ブロックにおける電流抑止回路による電流抑止の履歴を参照し、参照した優先レベルに見合った処理が行なわれていないと判定したとき、隣接ブロックに電流抑止要求を出力する。自機能ブロックの優先レベルと動作履歴を比較した結果、優先レベルに見合った処理が行われていない場合には、他の優先レベルの低い機能ブロックの動作能力を落として、優先順位の高い回路ブロックの処理を優先させることができる。半導体装置の複数箇所で電圧降下が頻繁に発生する状況であっても、リアルタイム性などの処理内容を考慮した電流抑止動作を行うことが可能となる。 As a specific form of the present invention, the current control determination circuit refers to the priority level of the processing according to the operation content of the functional block in which the current control determination circuit is included, and the current by the current suppression circuit in the functional block in which the current control determination circuit is included. When it is determined that processing corresponding to the referenced priority level is not performed with reference to the suppression history, a current suppression request is output to the adjacent block. As a result of comparing the priority level of the function block with the operation history, if the processing corresponding to the priority level is not performed, the operation capability of the other function block with a lower priority level is reduced, and the circuit block with a higher priority level. Can be prioritized. Even in a situation where voltage drops frequently occur at a plurality of locations in a semiconductor device, it is possible to perform a current suppression operation in consideration of processing contents such as real-time characteristics.
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果は、回路の誤動作を防止することができることである。 An effect obtained by a typical invention among the inventions disclosed in the present application is that malfunction of a circuit can be prevented.
《半導体装置の第1の例》
図1に本発明を適用した半導体装置の一例が示される。101は半導体装置(LSI)であり、その内部は2つの機能ブロック(FBLKa)102と機能ブロック(FBLKb)103が代表的に示される。機能ブロック102と機能ブロックB103はプロセッサもしくはそれに類するデータ処理を行う論理回路(データ処理部)を備え、特にパイプライン処理を行うような中央処理装置(CPU)、不動小数点演算ユニット(FPU)、ディジタル信号処理プロセッシングユニット(DSP)などとされる。
<< First example of semiconductor device >>
FIG. 1 shows an example of a semiconductor device to which the present invention is applied.
機能ブロック102の内部には、機能ブロック102の内部の電源電圧の低下を検出するための電圧降下検出回路(VDTCT)104と、それに接続される電流抑止回路(CRDCT)105と、データ処理を行うデータ処理部110(DPRS)が配置される。機能ブロック102の動作によって電流が消費され、機能ブロック102周囲の電源電圧が降下し始めると、電圧降下検出回路104がその変化を検出して電流抑止信号108を出力し、電流抑止回路105に通知する。電流抑止回路105はそれを受けて機能ブロック102の消費電流を抑止するように働き、電圧降下による機能ブロック102の誤動作を抑制するように制御を行う。すなわち、電流抑止回路105はデータ処理部110で処理される単位時間当たりの回路動作量を少なくするようにデータ処理部110を制御する。
In the
機能ブロック103の内部にも同様に電圧降下検出回路(VDTCT)106、電流抑止回路(CRDCT)107お呼びデータ処理部(DPRS)111が配置され、電圧降下検出回路106と電流抑止回路107が協調動作することで機能ブロック103の電圧降下による誤動作を上記同様に防止する。
Similarly, a voltage drop detection circuit (VDTCT) 106, a current suppression circuit (CRDCT) 107, and a call data processing unit (DPRS) 111 are arranged inside the
図14には半導体装置の更に具体的な例が示される。同図に示される半導体装置1401は、マイクロプロセッサ(MPU)1409、バス制御回路(BSC)1406、画像符号化復号回路(MPEGM)1407、描画及び表示制御回路(GFCS)1408、及びバス1440を有する。バス1440はアドレス、データ及び制御信号を伝達する。マイクロプロセッサ1409は中央処理装置(CPU)1402、ディジタル信号処理ユニット(DSP)1404、浮動小数点演算ユニット(FPU)1403、及びキャッシュメモリ(CACH)1405を有する。前記CPU1402、FPU1403、DSP1404、CACH1405、BSC1406、MPEGM1407、GFCS1408は図1において102、103で代表される機能ブロックの具体例とされる。1410〜1415は図1の104、106に代表される電圧降下検出回路である。図14では便宜上、前記電圧降下検出回路1410〜1415を対応する機能ブロック1402〜1405、1407、1408の外に図示している。
FIG. 14 shows a more specific example of the semiconductor device. A
例えばCPU1402は命令をフェッチして解読すると共に命令実行順序などを制御する命令制御部と、命令制御部の制御に従ってアドレス演算及びデータ演算などを行って命令を実行する命令実行部とを有する。このとき、電流抑止回路は、命令制御部においてパイプラインストールの制御、データサイズなどのアクセス条件の制御を行う回路部分に、電流抑止要求に応じて単位時間当たりの回路動作量を少なくするように実行部を制御させる制御論理を有して構成される。また、DSP1404はCPU1402からのDSP命令(DSPCMD)をフェッチして解読して演算順序などを制御する演算シーケンス制御部と、演算シーケンス制御部の制御に従って積和演算を行う演算部とを有する。このとき、電流抑止回路は、演算シーケンス制御部においてディジタル信号処理のパイプラインストールの制御などを行う回路部分に、電流抑止要求に応じて単位時間当たりの回路動作量を少なくするように演算部を制御させる制御論理を有して構成される。FPU1403はCPU1402からのFPU命令(FPUCMD)をフェッチして解読して演算順序などを制御する演算シーケンス制御部と、演算シーケンス制御部の制御に従って浮動小数点演算を行う演算部とを有する。このとき、電流抑止回路は、演算シーケンス制御部において浮動小数点演算処理のパイプラインストールの制御などを行う回路部分に、電流抑止要求に応じて単位時間当たりの回路動作量を少なくするように演算部を制御させる制御論理を有して構成される。
For example, the
図2に電圧降下検出回路104、106の内部構成を示す。この論理は、電子回路の電源電圧低下が動作時間を増加させる特徴を利用して電圧降下を検出する。すなわち、遅延評価回路(DEVL)201はフリップフロップ(F/F)203に囲まれた論理回路で、機能ブロック内の通常論理のクリティカルパス論理よりもさらに遅く動作する論理である。もしくは、単純に遅延回路を配置しても構わない。遅延評価回路201の入力データは前記フリップフロップ201より与えられる。遅延評価回路201の出力データはフリップフロップ204で受ける。比較器(CMP)202はフリップフロップ204の出力データと、遅延評価回路201よりもタイミング的に余裕のある(高速な)論理で生成した期待値データ(EXPTV)を比較し、不一致が発生した場合には電圧降下による遅延増加が原因と判定して、電圧降下検出信号(VFD)を出力する。図1に例では電圧降下検出信号VFDが電流抑止信号108(109)として電流抑止回路105(107)に供給される。電圧降下を生ずると、クロック信号CLKには伝達遅延を生ずるが周波数は変化しない。このとき遅延評価回路201は動作遅延を生ずる。したがって、電圧降下を生ずると、遅延評価回路201の論理動作はフリップフロップ203の入力タイミングに間に合わず、前記フリップフロップ203に取り込まれたデータは期待値データEXPTVに一致しなくなる。これによれば、遅延評価回路を実際の回路に即したダミー回路とすることによって、高精度に電圧降下を検出することができる。なお、フリップフロップ203に入力されるクロック信号は、フリップフロップ202に入力されるクロック信号と同じ周波数を持つクロック信号でも、フリップフロップ202に入力されるクロック信号を分周したくロック信号でも構わない。また、フリップフロップ202は、複数記載したが一つでも構わない。
FIG. 2 shows the internal configuration of the voltage
図3に電流抑止回路105の電流抑止動作を示す。図1の機能ブロック102は論理の動作周波数を向上するために内部処理がパイプライン化されている。例として図1の機能ブロック102が図14のDSP1404に相当する場合の例を説明する。DSPはDステージで処理内容を認識し、E1、E2、E3の3ステージに分割して要求された演算処理を実行する。図1の電流抑止信号108が通知されると、DSP1404はDステージでそれを認識して、続くE1〜E3ステージをストールする。これによってDSP1404における単位時間当たりの演算処理データ量が少なくなり、消費電流が低減され、これによってDSP1404は電圧降下による誤動作が抑制される。要するに、このストール期間中は、E1〜E3ステージで処理する仕事が無くなるため、DSP1404に関係する回路の動作電流が減少する。すなわち、DSPのパイプラインをストールさせることで消費電流を削減するように制御を行う。ストール期間中にDSP1404における演算が停止されることが図14のストール信号1423でCPU1402に通知され、これによってCPU1402は自分の処理に依存関係のあるDSP1404からの演算結果を得ることができない期間に対応して自らのパイプラインもストールして対処する。DSP1404の演算結果を利用しない処理はDSPからのストール信号1423に関係なくCPUの処理を行うことが可能である。図1の機能ブロック103の電流抑止回路107に関しても同様に電流抑止動作を行う。一般的にプロセッサに類するデータ処理装置は、リソースのコンフリクトなどを検出して実行をストールさせる機構を備えているため、本電流抑止制御をプロセッサに実装するには容易である。図14において1422はFPU1403からCPU14502へのストール通知信号である。CACH1405においてはアクセス要求1426に対する応答(ACK)1427をいつ返すかによって電流抑止要求に対する制御結果がCPU1402に通知される。
FIG. 3 shows the current suppression operation of the
上記電流抑止動作では図1の2つの電圧降下検出回路104、106はそれぞれ機能ブロック102,103の周辺の電圧変化を独立に検出・通知を行うため、機能ブロック102の動作によって局所的に発生する電圧降下現象が、機能ブロック103の電流抑止制御、すなわち機能ブロック103の処理性能の一時的な低下を引き起こすことは極めて少ない。図15に半導体装置(LSI、1501)において、動作点1502付近が特に活性化した場合の電圧降下の様子を模式的に示す。このように電圧降下は特に活性化している論理部分の周辺に局所的に発生することが良く知られている。また、ある機能ブロックで電圧降下を検出したからといって直ちに半導体全体の動作周波数を低下させるなどの補正処理を行うとシステム性能の低下を招く。例えば、図14のMPEGM1407のような一つの機能ブロックが動作したことによって、その周囲に局所的に電圧降下が発生したとしても、該当機能ブロックから離れた位置に存在するCPU1402のような機能ブロック付近では電圧降下が発生しているとは限らず、この状況下で半導体装置全域に電流抑止や周波数低下などの処理を行なえば、LSI全体の処理性能が著しく低下する。以上説明した構成では、機能ブロック102の動作によって局所的に電圧降下が発生したときは、その部位の機能ブロックに対してデータ処理性能を低下させて対処するから、LSI全体としてのデータ処理性能の低下は小さく抑えることができる。
In the current suppression operation, the two voltage
《半導体装置の第2の例》
半導体装置の第2の例について説明する。電圧降下検出回路には図4アナログ回路構成を採用する。図1の半導体装置において、電圧降下検出回路104、106を図4の電圧比較回路に置き換える。この場合も上記説明と同様に回路ブロックに図14のCPU、FPU、DSPなどを適する。図4の電源電圧(VSMP)401は図1の機能ブロック102、103における回路の電源電圧である。基準電圧(VREF)402は電圧降下が発生しない場合の電源電圧を示しており、通常論理で利用する電源とは別系統の特別な電源線を介して供給される。電圧比較器(VCMP)403はこの2つの電圧を比較する回路で、電位差が規定以上に広がった場合に電圧降下検出信号(VFD)を出力する。この例では直接電圧降下を測定するため検出の正確性が期待できるが、基準電圧を正確に供給することに細心の注意を払う必要がある。
<< Second Example of Semiconductor Device >>
A second example of the semiconductor device will be described. The voltage drop detection circuit employs the analog circuit configuration shown in FIG. In the semiconductor device of FIG. 1, the voltage
《半導体装置の第3の例》
半導体装置の第3の例について説明する。電圧降下検出回路には図5カウンタ方式を採用する。図1の半導体装置において、電圧降下検出回路104、106を図5の回路に置き換える。この場合も上記説明と同様に回路ブロックに図14のCPU、FPU、DSPなどを適用する。図5のリングオシレータ(OSC)501は奇数個のインバータを含む閉ループで構成される。その周期は電源電圧と相関関係があり動作電圧が高いほど高速に動作する。カウンタ(CNT)502はその変化数を所定期間毎に数えることで周期を数値化する。所定期間はクロック信号の所定サイクル数で規定される一定期間である。比較器(CMP)503はカウンタ502の計数値と基準値STDを比較し、一致したときはリングオシレータ501の発振周期が一定数以上長くなったと、すなわち動作電圧が低下したと、判断して電圧降下検出信号VFDを出力する。
<< Third Example of Semiconductor Device >>
A third example of the semiconductor device will be described. The voltage drop detection circuit employs the counter system shown in FIG. In the semiconductor device of FIG. 1, the voltage
《半導体装置の第4の例》
半導体装置の第4の例について説明する。ここでは図1の半導体装置において、電流抑止回路105、107による処理内容を図6の処理内容に置き換えたものである。この場合も上記説明と同様に回路ブックに図14のCPU、FPU、DSPなどを適用する。この例では、機能ブロック102、103の内部パイプラインが最大3並列の同時処理が可能な構成となっている。PIPEはパイプライン動作を意味する。図14のDSPを例にとして説明すると、通常時には3つの処理をDステージで解釈して処理を行っているが、電流抑止信号が入力されるとDステージで処理を1つずつ解釈するように制御を変更する。消費した命令数は図14の消費命令数通知信号1425でCPU1402に通知される。CPU1402は通知された消費命令数に応じて、演算結果を取得できるタイミングの遅れを認識することができる。この動作変更により、DSP1404のE1〜E3ステージの論理動作が3分の1となり、消費電流もこれに比例して減少する。ここで説明した例は、スーパスカラプロセッサに代表される実行ユニットを複数備えるプロセッサに適した例である。
<< Fourth Example of Semiconductor Device >>
A fourth example of the semiconductor device will be described. Here, in the semiconductor device of FIG. 1, the processing contents of the
《半導体装置の第5の例》
半導体装置の第5の例について説明する。ここでは図1の半導体装置において、電流抑止回路105、107による処理内容を図7の処理内容に置き換えたものである。この例は半導体装置の構成要素のうち、メモリで消費される電流が大きいことに着目し、図14のキャッシュメモリ1405を例に説明する。通常時には毎サイクルメモリアクセスすることが可能であるが、電流抑止信号1431が入力されると2サイクルに1回しかメモリアクセスを行えないように間欠動作(ACTitmt)の制御を行う。STPは停止期間を意味する。MRYはメモリ動作を意味する。このとき、アクセス要求(REQ)1426に対する応答信号(ACK)1427をネゲートすることで、メモリ動作が完了していないことをCPU1402に通知する。例えば、一般的なプロセッサのキャッシュメモリではキャッシュラインの入れ替え制御がコンフリクトした場合に、優先順位の低い側を待たせる仕組みを備えている。本電流抑止制御は、この仕組みを利用して2サイクルに1回、コンフリクトが発生したように見せかけることで容易に実装可能である。
<< Fifth Example of Semiconductor Device >>
A fifth example of the semiconductor device will be described. Here, in the semiconductor device of FIG. 1, the processing contents of the
この例は回路の動作規模を線形に制御可能なメモリアクセス回路に適したものである。また、本制御方法の考え方は演算器にも適用可能であり、例えば比較的消費電流の大きな浮動小数点演算器を間欠動作させることで同様に消費電流を減少させることが可能である。 This example is suitable for a memory access circuit capable of linearly controlling the operation scale of the circuit. The concept of this control method can also be applied to an arithmetic unit. For example, the current consumption can be similarly reduced by intermittently operating a floating point arithmetic unit having a relatively large current consumption.
《半導体装置の第6の例》
半導体装置の第6の例について説明する。ここでは図1の半導体装置において、電流抑止回路105、107による処理内容を図8の処理内容に置き換えたものである。この例は第5の例と同様に、図14のキャッシュメモリ1405に適したものである。この例も第5の例と同様にメモリで消費される電流が大きいことに着目する。通常時にはメモリアクセスのビット幅は最大32ビットであるが、電流抑止信号が入力されると最大16ビット幅でしかアクセスできないように制御を行う。電流抑止時に32ビットアクセスが発生した場合には、上位16ビットと下位16ビットの2サイクルに分割してメモリアクセス処理を行うことで、単位時間で消費される電流を削減することが可能となる。この制御の考え方は演算器にも適用可能であり、例えば32ビット加算器を複数サイクルで動作させる、SIMD(SingleInstruction Multiple Data)型の演算器の並列度を下げて複数サイクルで処理するなどの制御を行うことで、同様に消費電流を減少させる制御が可能である。
<< Sixth Example of Semiconductor Device >>
A sixth example of the semiconductor device will be described. Here, in the semiconductor device of FIG. 1, the processing contents by the
《半導体装置の第7の例》
半導体装置の第7の例について説明する。ここでは図14のMPEGM1407、GFCS1408のようにバス1440を介して接続される機能ブロックに適した制御方法である。図9において901は半導体装置で、その内部は2つの機能ブロック(FBLKa)902と機能ブロック(FBLKb)903で構成される。機能ブロック902、903はバス(BUS)904で他の機能ブロックと接続され、バス904を介して動作の指示を受け、処理結果もバス904を介して返す。バス904上の転送はバスの制御論理(BSC)905によってバス権(BR)906、バス権(BR)907を通じて管理される。
<< Seventh Example of Semiconductor Device >>
A seventh example of the semiconductor device will be described. Here, the control method is suitable for functional blocks connected via the
機能ブロック902に関する電源電圧の低下を検出するための電圧降下検出論理(VDTCT)104、同様に機能ブロック903に関する源電圧の低下を検出するための電圧降下検出論理(VDTCT)105が配置されている。図9では上電圧降下検出回路104,105は機能ブロック902,903の外に配置されている。これらの電圧降下検出回路104,105は電圧降下を検出するとバス制御論理905に通知を行う。バス制御論理905は電圧降下通知を受けると、その通知の発行元の対応する機能ブロックにバス権を与えないように制御を変更する。該当機能ブロックは処理要求の受け付けと処理結果の応答が行えなくなるために自動的に動作が停止し、結果として消費される電流が削減されることになる。この例のバス制御による電流抑止手法は、機能ブロック内部に電流を抑止するための論理変更を追加することが難しい外部ベンダ作成のIPモジュールのような回路モジュールを機能ブロック902,903に使用する場合に適している。それ故に、この例では上電圧降下検出回路104,105は機能ブロック902,903の外に配置されている。
A voltage drop detection logic (VDTCT) 104 for detecting a drop in power supply voltage related to the
《半導体装置の第8の例》
半導体装置の第8の例について説明する。ここでは、今まで説明した個々の機能ブロック間を接続し、より高度な電力制御を行うことを目的とするものである。1001は半導体装置(LSI)で、その内部は機能ブロック(FBLKa)1002、機能ブロック(FBLKb)1003、機能ブロック(FBLKc)1004、機能ブロック(FBLKd)1005、…の複数個の機能ブロックから構成され、上下左右の機能ブロックを相互に接続するための通信経路を持つ。機能ブロック(FBLKd)1005を中心に考えると上下左右に通信経路(COM)1006、1007、1008、1009の4つの経路が存在する。
<< Eighth Example of Semiconductor Device >>
An eighth example of the semiconductor device will be described. Here, the purpose is to connect the individual functional blocks described so far to perform more advanced power control.
図11には機能ブロック(FBLKd)1005の内部と、通信経路1006〜1009の詳細な一例を示す。電圧降下検出回路1(VDTCT)101はこれまでの例で述べてきた図2、図4、図5、またはそれと等価な動作をする論理回路によって構成され、上下左右の別の機能ブロック(隣接機能ブロック)と自らの機能ブロック(自機能ブロック)の電流制御判定回路(CCTRL)1102に電圧降下検出信号(φvd)1104を与える。電流制御判定回路1102からは上下左右の隣接機能ブロックに対してそれぞれ2本の通信信号が接続され、その内訳は通信経路1007を代表すると、隣接機能ブロックからの電圧降下検出信号(φvdi)1106、電流抑止要求信号(φcri)1107である。また、電流制御判定回路(CCTRL)1102自機能ブロックの電流抑止回路(CRDCT)1103に対して電流抑止信号(φcr)1108を出力し、隣接機能ブロックに対する電流抑止要求信号(φcro)1105を出力する。
FIG. 11 shows a detailed example of the inside of the functional block (FBLKd) 1005 and the
図12に電流抑止判定回路1102の内部構造を示す。優先レベル回路(PLVL)1201は自機能ブロックの動作内容から予めセットされた処理の優先度を出力する論理回路である。動作履歴回路(HIST)1202は自機能ブロックの電流抑止動作の履歴を記憶する論理回路である。優先レベル回路1201及び動作履歴回路1202の出力は判定論理回路(JDG)1203に接続される。判定論理回路1203にはこれ以外に、図11の自ブロックの電圧降下検出信号(φvd)1104と、隣接機能ブロックからの電圧降下信号(φvdi)1106、隣接機能ブロックからの電流抑止信号(φcri)1107が入力される。判定論理1203はこれらの入力信号を判定し、自機能ブロックの電流抑止信号(φcr)1108と、隣接機能ブロックへの電流抑止信号(φcro)1105を出力する。
FIG. 12 shows the internal structure of the current
前記判定論理1203は以下のルールで電流抑止を決定する。第1に、自機能ブロックが電圧降下している、或いは隣接機能ブロックからの電流抑止要求があるとき、自機能ブロックに電流抑止を要求する。第2に、隣接機能ブロックからの電圧降下検出信号が規定値以上、例えば2箇所以上から供給されたとき、自機能ブロックに電流抑止を要求する。第3に、自機能ブロックの優先レベルと動作履歴を比較した結果、優先レベルに見合った処理が行われていないと判断したとき、隣接機能ブロックに電流抑止を要求する。第3の電流抑止機能は、自機能ブロックの動作内容に応じてその処理の優先レベルを参照すると共に、自機能ブロックにおける電流抑止回路による電流抑止の履歴を参照し、参照した優先レベルに見合った処理が行なわれていないと判定したとき、隣接機能ブロックに電流抑止要求を出力する。自機能ブロックの優先レベルと動作履歴を比較した結果、優先レベルに見合った処理が行われていない場合には、他の優先レベルの低い機能ブロックの動作能力を落として、優先順位の高い機能ブロックの処理を優先させることができる。半導体装置の複数箇所で電圧降下が頻繁に発生する状況であっても、リアルタイム性などの処理内容を考慮した電流抑止動作を行うことが可能となる。例えば、ディジタル信号処理を多用する暗号化処理を行なうとき、DSPの優先レベル回路が高い優先レベルを出力する。このとき、他の機能モジュールによってDSPに度々
電流抑止が指示されているような場合に、動作履歴も参照しながら、そのような状況を把握することによって、LSIのどこかで消費電力を小さくすることが必要な場合であっても、DSPに対する電流抑止を回避させることが可能になる。これにより、LSI全体としては必要な消費電力削減を実現しながら、必要なデータ処理能力を維持させることが可能になる。
The
《半導体装置の第9の例》
半導体装置の第9の例について説明する。図13に示される第9の例に係る半導体装置は、第8の例に加えて能動的な消費電力制御を加えたものである。1301は半導体装置(LSI)で、その内部は2つの機能ブロック(FBLKa)1302と、機能ブロック(FBLKb)1303と、消費電流制御回路(PCTRL)1304とで構成される。消費電流制御回路1304はソフトウェアプログラムの指示に従って機能ブロック1302、1303に対する電力削減信号1305、1306を出力する。機能ブロック1302は第1の例に示した図1の機能ブロック102に対して、電圧降下検出回路104と電力削減信号1305の2つの要求の論理和条件で電流抑止回路105を動作させる点で異なる。機能ブロック1303も同様である。
<< Ninth Example of Semiconductor Device >>
A ninth example of the semiconductor device will be described. The semiconductor device according to the ninth example shown in FIG. 13 is obtained by adding active power consumption control to the eighth example. A semiconductor device (LSI) 1301 includes two functional blocks (FBLKa) 1302, a functional block (FBLKb) 1303, and a current consumption control circuit (PCTRL) 1304. The current
この例では、電圧降下による論理誤動作を防ぐ以外に、能動的な消費電力削減制御を行うことが可能である。従来のクロック周波数を低下させるなどの消費電力制御手法では、応答性が悪い、外部クロックとの整数比でしか制御できないといった問題があった。消費電流制御回路1304は1クロックサイクル毎に電流を抑止するかを制御することが可能であるため、応答性と制御の自由度が高いという特徴がある。
In this example, it is possible to perform active power consumption reduction control in addition to preventing logic malfunction due to voltage drop. Conventional power consumption control methods such as reducing the clock frequency have problems such as poor response and control only with an integer ratio to the external clock. Since the current
以上説明した各種形態の半導体装置によれば以下の作用効果を得ることができる。 According to various types of semiconductor devices described above, the following functions and effects can be obtained.
〔1〕半導体装置に発生する電圧降下を局所的に解決することで、SOCなどの複数の機能ブロックが搭載された半導体装置において、システム全体の性能低下を最小限に抑えながら電圧降下による誤動作を防ぐことができる。 [1] By locally resolving the voltage drop that occurs in the semiconductor device, in a semiconductor device equipped with a plurality of functional blocks such as SOC, malfunctions due to the voltage drop while minimizing the performance degradation of the entire system are minimized. Can be prevented.
〔2〕複数組存在する電圧効果検出回路と電流抑止回路が情報を交換しながら制御を行うことで、リアルタイム処理など優先順位を考慮した電流消費配分を自律的に行うことが可能となる。 [2] By performing control while exchanging information between a plurality of voltage effect detection circuits and current suppression circuits, it is possible to autonomously perform current consumption distribution in consideration of priorities such as real-time processing.
〔3〕同一の電源装置と回路設計を行った場合、本発明の適用によって消費電流増加による誤動作を最小限の性能劣化で防ぐことが可能となり、事実上の動作周波数向上が可能となる。例えば、1.2Vの電源供給する半導体処理装置で、誤動作を防ぐためにSOC上の全モジュールが動作した時に、平均電圧より0.2Vの電圧降下が発生すると見積もって動作周波数を制限していた場合には、本発明の適用によってその制限を外すことが可能となり5〜10%程度の周波数向上が見込める。また、プロセスの微細化が進むと電源電圧が低くなるため、この向上率は大きくなる傾向にある。 [3] When the same power supply device and circuit design are performed, the application of the present invention can prevent malfunction due to increase in current consumption with minimal performance degradation, and can effectively improve the operating frequency. For example, in a semiconductor processing apparatus that supplies 1.2 V power, when all modules on the SOC operate to prevent malfunction, the operating frequency is limited by estimating that a voltage drop of 0.2 V from the average voltage will occur. Therefore, the application of the present invention makes it possible to remove the limitation, and a frequency improvement of about 5 to 10% can be expected. Further, since the power supply voltage decreases as the process becomes finer, the improvement rate tends to increase.
〔4〕同一の動作周波数と回路設計を行った場合、本発明の適用によって電源電圧を低下させても正常動作することが可能となり、システムの消費電力の低下に貢献する。効果3の例を利用すると、本発明を適用することで、0.2V低い電源電圧で同一動作周波数を達成できることになり、消費電力を約30%削減することが可能となる。
[4] When the same operating frequency and circuit design are performed, it is possible to operate normally even if the power supply voltage is lowered by applying the present invention, which contributes to a reduction in power consumption of the system. Using the example of
〔5〕本発明の制御は機能ブロック毎に独立するため、SOCのように多くの機能ブロックをIPとして搭載する設計手法と相性が良く、一度本発明を適用したIPモジュールは隣接ブロックと接続するだけで正しく機能するため設計効率の向上に貢献する。 [5] Since the control of the present invention is independent for each functional block, it is compatible with a design method in which many functional blocks are mounted as an IP, such as an SOC, and an IP module to which the present invention is applied once is connected to an adjacent block. It will contribute to the improvement of design efficiency because it functions correctly.
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited thereto and can be variously modified without departing from the gist thereof.
例えば、第1の例乃至第3の例の電圧降下検出回路、第1の例又は第4の例乃至第6の例の電流抑止回路、第7の例のバス制御による電流抑止方式、第8の例における隣接機能ブロックと連携した電流抑止制御形態、第9の例の能動的な消費電流制御論理は、全て任意に組み合わせて適用することが可能である。半導体装置の機能ブロックは以上説明したものに限定されず、適宜変更可能である。 For example, the voltage drop detection circuit of the first example to the third example, the current suppression circuit of the first example or the fourth example to the sixth example, the current suppression method by the bus control of the seventh example, the eighth The current suppression control mode in cooperation with the adjacent functional block in the example of FIG. 9 and the active current consumption control logic of the ninth example can be applied in any combination. The functional blocks of the semiconductor device are not limited to those described above, and can be changed as appropriate.
1 101、901、1001、1301、1401、1501:半導体装置
102、103、902、903、1002、1003、1004、1005、1302、1303:機能ブロック
104、106、1101、1410、1411、1412、1413、1414:電圧降下検出回路
105、107、1103:電流抑止回路
108、109、1107、1430、1431:電流抑止信号
201:遅延評価回路
202、503:期待値比較器
401:機能ブロック内の電源電圧
402:基準電源電圧
403:電圧比較器
501:リングオシレータ
502:カウンタ
904:バス
905、1406:バス制御回路
906、907:バス権
1006、1007、1008、1009:機能ブロックの通信経路
1102:電流制御判定回路
1104:自機能ブロック生成の電圧降下検出信号(φvd)
1106:隣接機能ブロックからの電圧降下検出信号(φvdi)
1105:隣接機能ブロックへの電流抑止信号(φcro)
1107:隣接機能ブロックからの電流抑止信号(φcri)
1108:自機能ブロックへの電流抑止信号(φcr)
1201:優先レベル回路
1202:動作履歴回路
1203:電流抑止動作の判定回路
1304:消費電流制御回路
1305、1306:電力削減信号
1402:CPU
1403:FPU
1404:DSP
1405:キャッシュメモリ
1407: 画像符号化復号回路
1408:描画及び表示制御回路
1409:マイクロプロセッサ
1426:メモリアクセス要求
1427:メモリアクセス応答信号
1422、1423:ストール通知信号
1424、1425:消費命令数通知信号
1502:回路の動作点
1 101, 901, 1001, 1301, 1401, 1501:
1106: Voltage drop detection signal (φvdi) from the adjacent functional block
1105: Current suppression signal to adjacent functional block (φcro)
1107: Current suppression signal (φcri) from the adjacent functional block
1108: Current suppression signal (φcr) to its own function block
1201: Priority level circuit 1202: Operation history circuit 1203: Current suppression operation determination circuit 1304: Current
1403: FPU
1404: DSP
1405: Cache memory 1407: Image encoding / decoding circuit 1408: Drawing and display control circuit 1409: Microprocessor 1426: Memory access request 1427: Memory
Claims (7)
第2電圧降下検出回路、前記第2電圧降下検出回路に接続される第2電流抑止回路、及びデータを処理するための第2データ処理部を有する第2機能ブロックとを具備し、
前記第1電圧降下検出回路は、前記第1電圧降下検出回路に供給される動作電圧が所定の電圧より小さくなったことを検出し、前記第1電流抑止回路に第1電流抑止信号を出力し、
前記第1電流抑止回路は、前記第1電流抑止信号を受けた場合に、パイプラインにストールを発生させるように前記第1データ処理部を制御して、前記第1データ処理部の単位時間あたりの回路動作量を少なくし、
前記第2電圧降下検出回路は、前記第2電圧降下検出回路に供給される動作電圧が所定の電圧より小さくなったことを検出し、前記第2電流抑止回路に第2電流抑止信号を出力し、
前記第2電流抑止回路は、前記第2電流抑止信号を受けて、前記第2データ処理部の単位時間あたりの回路動作量を少なくするように前記第2データ処理部を制御する半導体装置。 A first voltage drop detection circuit, a first current suppression circuit connected to the first voltage drop circuit, and a first data process for processing data by performing a pipeline operation that processes data divided into a plurality of stages A first functional block having a portion;
A second voltage drop detection circuit, a second current suppression circuit connected to the second voltage drop detection circuit, and a second functional block having a second data processing unit for processing data,
The first voltage drop detection circuit detects that the operating voltage supplied to the first voltage drop detection circuit is lower than a predetermined voltage, and outputs a first current suppression signal to the first current suppression circuit. ,
When the first current suppression circuit receives the first current suppression signal , the first current suppression circuit controls the first data processing unit so as to generate a stall in the pipeline. small comb circuit operation of,
The second voltage drop detection circuit detects that the operating voltage supplied to the second voltage drop detection circuit is lower than a predetermined voltage, and outputs a second current suppression signal to the second current suppression circuit. ,
The semiconductor device, wherein the second current suppression circuit receives the second current suppression signal and controls the second data processing unit so as to reduce a circuit operation amount per unit time of the second data processing unit.
前記第1電圧降下検出回路は、第1フリップフロップ回路と、前記第1フリップフロップ回路の出力を受けて論理動作を行う論理回路と、前記論理回路による論理動作によって得られる出力データを入力する第2フリップフロップ回路と、前記第2フリップフロップ回路の出力データを期待値データと比較する比較回路とを有し、
前記比較回路は前記第2フリップフロップ回路に取り込まれたデータと期待値データとが異なる場合に、前記第1電流抑止信号を出力する半導体装置。 In claim 1,
The first voltage drop detection circuit receives a first flip-flop circuit, a logic circuit that receives the output of the first flip-flop circuit, performs a logic operation, and receives output data obtained by the logic operation of the logic circuit. 2 flip-flop circuit, and a comparison circuit for comparing the output data of the second flip-flop circuit with expected value data,
The comparison circuit outputs the first current suppression signal when the data fetched into the second flip-flop circuit and the expected value data are different.
前記第1電圧降下検出回路は、前記第1電圧降下検出回路の動作電圧と基準電圧とが入力される電圧比較器を有し、前記電圧比較器は、前記動作電圧と前記基準電圧の電位差が所定の電位差より大きくなった場合に、前記第1電流抑止信号を出力する半導体装置。 In claim 1,
The first voltage drop detection circuit includes a voltage comparator to which an operation voltage of the first voltage drop detection circuit and a reference voltage are input, and the voltage comparator has a potential difference between the operation voltage and the reference voltage. A semiconductor device that outputs the first current suppression signal when the potential difference becomes larger than a predetermined potential difference.
前記第1電圧降下検出回路は、前記第1電圧降下検出回路の動作電圧で動作するリングオシレータと、前記リングオシレータに接続されるカウンタと、前記カウンタに接続される比較器とを有し、
前記比較器は、所定期間毎に前記カウンタに保持されるカウント値と予め定められた基準値とを比較して、前記カウント値の方が小さい場合に、前記第1電流抑止信号を出力する半導体装置。 In claim 1,
The first voltage drop detection circuit includes a ring oscillator that operates at an operating voltage of the first voltage drop detection circuit, a counter connected to the ring oscillator, and a comparator connected to the counter.
The comparator compares a count value held in the counter every predetermined period with a predetermined reference value, and outputs the first current suppression signal when the count value is smaller apparatus.
前記第1データ処理部は、複数のデータを並列に処理することが可能であり、
前記第1電流抑止回路は、前記第1電流抑止信号を受けた場合に、並列に処理するデータの数を減らす半導体装置。 In claim 1,
The first data processing unit is capable of processing a plurality of data in parallel.
The semiconductor device that reduces the number of data to be processed in parallel when the first current suppression circuit receives the first current suppression signal .
前記半導体装置は、メモリを更に具備し、
前記第1電流抑止回路は、前記第1電流抑止信号を受けた場合に、前記第1データ処理部から前記メモリへのアクセスを止める半導体装置。 In claim 1,
The semiconductor device further includes a memory,
The first current suppression circuit is a semiconductor device that stops access to the memory from the first data processing unit when receiving the first current suppression signal .
前記半導体装置は、第1ビット数を並列に前記第1データ処理部に出力可能なメモリを有し、
前記第1電流抑止回路は、前記第1電流抑止信号を受けた場合に、前記第1ビット数より少ないビット数を並列に前記第1データ処理部に出力させるように制御する半導体装置。 In claim 1,
The semiconductor device includes a memory capable of outputting the first number of bits in parallel to the first data processing unit,
When the first current suppression circuit receives the first current suppression signal, the first current suppression circuit controls the first data processing unit to output a bit number smaller than the first bit number in parallel to the first data processing unit .
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