這就帶來了怎樣降低寄存器本身泄漏的問題，這涉及到在時鐘轉換期間無法進行電源選通的其他電路。Muller說，ARM研究了VDD非?？拷踔恋陀赩t。近閾值和亞閾值工作都能夠使電路保持在低速工作，同時有效降低泄漏。但是都帶來了復雜的問題。

　　還沒有很好的定義什么是近閾值工作。在傳統(tǒng)的MOSFET模型中，晶體管有三種不同的工作模式。飽和模式，此時，VDD和VSS明顯大于Vt。對于邏輯，這是正常的ON模式。亞閾值模式，此時，VGS低于Vt，這是傳統(tǒng)的OFF模式，簡單模型表示出只有一些很小的泄漏電流從源極流向漏極。在這兩種模式之間是第三種模式，通常稱為線性或者歐姆模式，VGS接近Vt。在這種模式中，假設MOSFET的行為與柵極壓控電阻相似。

　　采用目前的短溝道技術，線性和飽和模式之間的區(qū)別并不明顯。IMEC業(yè)務開發(fā)執(zhí)行副總裁Ludo Deferm評論說：“數(shù)字設計人員希望能夠精確的把閾值電壓控制在0.3至0.35 V之間，而工作點正好在這之上。在這一點，短溝道MOSFET已經(jīng)處于電子速度飽和，行為表現(xiàn)與其飽和特性非常接近，但是電流明顯降低。較低的電流有可能會使邏輯速度降低幾個數(shù)量級。雖然速度慢了，但是，傳統(tǒng)的邏輯電路能夠繼續(xù)保持工作，與較高電壓時相比，每次操作消耗的能量降低了幾個數(shù)量級。總之，在這種模式中，可以在很長一段時間周期內或者在循環(huán)之間保持寄存器的狀態(tài)不變。這種近閾值工作也可以用于連續(xù)工作系統(tǒng)，以節(jié)省能耗。Muller描述了一種自足的堆棧管芯裝配，它包括太陽能電池、普通電池，工作在快速運行和電源關斷模式下的DSP管芯，以及近閾值CPU管芯，所有這些都在一個有源基底上。

　　近閾值工作會遇到很多難題。很明顯，應用程序必須要容忍性能的大幅度降低。而Deferm提醒說，還有其他引起很大變數(shù)的問題。工藝、供電電壓、溫度變化等都會對晶體管行為產(chǎn)生很大的影響。為減小這些變化的影響，芯片設計人員不僅要依靠其代工線工程師來保持Vt不變，而且，還需要把管芯使用點電壓穩(wěn)壓器靠近低電壓電路放置，以減小VDD的變化和瞬變。

　　設計人員如果希望更接近Vt，則需要采用更極端的方法。很多研究人員都建議邏輯電路設計使用差分信號和穿通晶體管邏輯，以及用作探測器的傳感放大器，這些都有助于減小各種變化的影響。但是這類技術的應用畢竟是有限的。IMEC首席科學家Praveen Raghavan指出：“您可以通過定制設計流程，在隔離模塊中使用低電壓差分技術。但是，芯片設計團隊仍然需要傳統(tǒng)的時序分析方法。工具則無法支持這類電路?！?/p>

　　亞閾值工作

　　Muller說，ARM在低電壓上的興趣并不會止于Vt。在亞閾值區(qū)，MOSFET源極至漏極電流繼續(xù)響應VGS。但是，這一電流現(xiàn)在非常小——泄漏電流，其響應會非常慢。而且，在某些情況下，特別是在必須保持數(shù)據(jù)同時要節(jié)省能耗的系統(tǒng)中，可以讓VDD低于Vt來工作。對于邏輯設計人員，這是尚未開發(fā)的領域，只有很少的專業(yè)模擬專家有所涉及。

　　Raghavan說：“對于正常的體晶體管，通過亞閾值工作，可以讓能耗降低十倍。但是性能降低了100到1000倍，工藝變化的影響會非常大?！倍鴉inFET的出現(xiàn)會有所改變，Raghavan建議，“我們希望finFET能夠讓我們更好的控制Vt，亞閾值工作對性能造成的影響會小很多，可能只有50倍?！眮嗛撝倒ぷ麟m然可能一直需要進行定制設計，但是至少會有較為廣泛的應用。

　　亞時鐘電源選通和近閾值或者亞閾值工作為CMOS電路超低泄漏工作開辟了新領域，但是極大的降低了速度，對電源供電結構和設計工具提出了新要求。從這一角度，Muller把話題轉向了討論IC設計方法。但是在DAC的其他討論中，繼續(xù)對擴展性能功耗曲線的討論。

　　大-?。憾嗪俗鳛楣?jié)能策略

　　在DAC計劃的異構多核系統(tǒng)小組討論中，ARM的Carl Wilton介紹了公司的宏體系結構計劃，降低高性能系統(tǒng)的系統(tǒng)功耗：大-小計算。

　　大-小方法（圖3 ）是一種多核體系結構形式，內核有相同的指令集，幾乎相同的狀態(tài)寄存器，但是有完全不同的功耗性能特性。在目前的實現(xiàn)中，這意味著高性能ARM? CortexTM A-15內核簇，并配上高效的A-7內核簇，都通過ARM連貫的互聯(lián)架構進行連接。

圖3 大-小結合連貫簇中的快速A-15和高效的星形A-7內核

　　A-15具有連續(xù)的三路前端，可無序執(zhí)行，還具有深達24級的流水線，能夠提供服務器級的執(zhí)行速率。高速緩存結構為其提供支持，用于為不斷出現(xiàn)的新指令提供服務。因此，運行在A-15上的任務會執(zhí)行得非常快。相比較而言，A-7是雙路、按序，相對簡單的內核，具有較淺的8-10級流水線。A-7執(zhí)行速度較慢，但是每次操作的能耗不到一半。

　　這里的想法是，僅在需求較高時使用A-15內核，其他時間對其進行電源選通：Muller的快速運行和關斷的觀點。不需要A-15速率的任務可以運行在A-7 CPU上，可以使用DVFS來減小每次任務時的能耗。結果是，系統(tǒng)能夠支持性能很高的突發(fā)，低功耗工作的時間很長，甚至是SoC采用了高泄漏工藝制造的情況。

　　管理大-小系統(tǒng)的一種方法是使用靜態(tài)任務分配，把任務分成峰值性能和高能效兩部分，相應的把任務分配給CPU。另一方法是通過功耗預知可視化層來控制系統(tǒng)。這一管理程序會認為所有內核功能等價，這些內核工作后，完全根據(jù)性能需求，把線程分配給CPU，以滿足線程的性能要求，實現(xiàn)最佳總能耗。這種設計會在管理程序和移動任務上消耗額外的能量，但是，能夠動態(tài)響應環(huán)境的變化，或者使用模型的變化。

　　ARM的IP，您的難題

　　除了電路級極低電壓工作方法，以及系統(tǒng)級降低每次任務的能耗方法，ARM還建議了一種寬范圍執(zhí)行選擇。但是，CPU并不是系統(tǒng)解決方案。對于系統(tǒng)設計人員，ARM的IP仍然是難度很大的任務。

　　在超低能耗方面，系統(tǒng)設計人員的難題是規(guī)劃工作，近閾值或者亞閾值工作的khz時鐘應能滿足計算的最低要求。在大-小系統(tǒng)中，對系統(tǒng)建模，使用模式就可以知道每一任務的實際性能，而這是一個主要的問題。而第二個難題是，怎樣找到一種方法將信息隨時傳遞給任務管理程序。

　　ARM的方向是同時擴展性能功耗曲線的低端，提供一種方法在更長的曲線上拉伸系統(tǒng)。但是，具體實現(xiàn)仍然是系統(tǒng)設計人員的任務。