在流片前驗證中如何測量功耗？

一般來說，功耗測量是在門級進行，通過由回歸向量組成的驗證平臺執行 DUT，然后跟蹤 DUT 的開關活動來完成。該方法有兩個問題。

首先，測試發生在設計周期的晚期。雖然與實際芯片的差異在 5% 以內，但沒有足夠的靈活性來糾正設計中的問題。更好的折中方法是在 RTL 評估動態功耗，這會導致與芯片的偏差較大（在15% 范圍內），但能提供更大的靈活性來支持設計修改。

其次，驗證平臺向量不能很好地代表設計將來的使用方式。為了實現準確的功耗估算，必須在運行實際工作負載和性能／功率基準測試的目標系統上盡可能準確地捕獲開關活動。

執行功耗分析的步驟是什么？如何完成？

顯然，RTL 仿真再也無法勝任這一要求苛刻的任務。需要一種層次化方法，從高級別的設計抽象開始，直到RTL 和門級。再也沒有任何單一工具能夠完成全部任務。相反，讓各種特性實現最佳平衡的多種工具可以加速功耗估算和優化（表 1）。

第一步，整個 DUT 用 C/C++ 做高級抽象，根據硬件／軟件規格進行快速驗證，并非常粗略地估算功耗。

接下來，在一個混合設置中驗證功耗，該混合設置包含高級別抽象描述的設計部分（通常包括處理內核和存儲器，例如 Arm 快速模型））和 RTL 的其他設計部分。高級別抽象部分在主機服務器上運行，RTL 在硬件加速器上執行，二者通過基于事務的接口連接。

表 1. 需要采用一種層次化方法來加速功耗估算和分析過程。（信息來源：Lauro Rizzatti）

雖然硬件加速器以幾 MHz 的速度運行，但混合配置可以實現 50 MHz 左右的速度，足以快速啟動 Android、Linux 和其下的所有內核，以及執行基準測試和實際應用。

該設置提供了一個很好的基礎，支持在相對較短的時間內對整個設計的功耗進行分析。通過在數十億個時鐘周期的長期運行中繪制開關活動，設計團隊可以識別幾百萬時鐘周期范圍內的高功耗和低功耗熱點。同樣，通過在活動分布圖中拼貼功耗區域，團隊便可直觀地識別高低功耗的設計部分。

一旦確定熱點和關鍵區塊，團隊就可以切換到全 RTL，獲得對各設計網絡的準確詳細可見性。通過將活動繪圖與嵌入式軟件代碼相關聯，并將活動分布圖與RTL 代碼相關聯，團隊可以迅速聚焦于有潛在功耗問題的區域。

捕獲整個工作負載處理的完整設計活動，是非常重要的（圖 2），避免僅僅是采樣（通常利用 FPGA 平臺完成，缺乏完全的內部可見性）。

圖 2. 功耗工具可以利用活動分布圖和活動繪圖來跟蹤功耗趨勢分析。（信息來源：西門子 EDA）

審核編輯：湯梓紅