近阈值低功耗8位微处理器的设计与实现 被引量：1

1

作者 华洪略 金威 +4 位作者 沈国荣 金晟 张桂迪 蒋剑飞 何卫锋 《信息技术》 2016年第11期106-109,共4页

随着RFID、可穿戴设备和物联网等应用的兴起,低吞吐率、功耗和能耗敏感的芯片设计开始受到广泛的关注,基于阈值电压的低功耗电路设计成为新的发展方向。文中基于SMIC0.13μm1P6M混合信号工艺,通过设计面向近阈值电压的标准逻辑库,在采... 随着RFID、可穿戴设备和物联网等应用的兴起,低吞吐率、功耗和能耗敏感的芯片设计开始受到广泛的关注,基于阈值电压的低功耗电路设计成为新的发展方向。文中基于SMIC0.13μm1P6M混合信号工艺,通过设计面向近阈值电压的标准逻辑库,在采用标准Top-Down设计流程的基础上,完成了一款近阈值低功耗8位微处理器的设计。封装后芯片的测试结果表明,该微处理器的最低工作电压可达0.2V,工作频率1k Hz^25MHz。与基于传统逻辑库的微处理器比,在20MHz的工作频率下,功耗降低了36%。 展开更多

关键词 近阈值 数字逻辑单元库 低功耗微处理器

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一种近阈值电压标准单元特征化建库方法

2

作者 胡伟 安文婷 袁甲 《湖南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期85-90,共6页

面向近阈值电压下库单元的实际使用情况,针对传统库文件查找表误差较大的问题,提出了一种近阈值电压下对标准单元的特征化建库方法.通过对标准单元实际应用情况的分析,重新界定了查找表的边界;通过分析电路综合结果与电路仿真结果的相... 面向近阈值电压下库单元的实际使用情况,针对传统库文件查找表误差较大的问题,提出了一种近阈值电压下对标准单元的特征化建库方法.通过对标准单元实际应用情况的分析,重新界定了查找表的边界;通过分析电路综合结果与电路仿真结果的相对误差,重新确定了查找表的规模;从而提高了近阈值电压下标准单元库准确性.该方法对smic55nmCMOS工艺的库文件在0.6 V电压下特征化建库,并进行误差评估,结果表明,该方法相较于传统方法建立的库文件,准确性提高了16%～63.51%,减小了查找表误差,有效提高了库文件的准确性. 展开更多

关键词 近阈值 标准单元库 查找表 库文件

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高能效宽电压工作标准单元库分析与优化

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作者 王京睿 李翔宇 《微电子学与计算机》 CSCD 北大核心 2016年第8期72-75,共4页

研究了剔除大扇入逻辑门对于高电源电压下的电路指标的影响,证实这一方法对电路在高电压下的性能和功耗没有明显的负面影响,主要影响是在一定程度上增大电路的面积.分别对32nm标准单元库中的异步置位复位D触发器单元和电平移位器单元进... 研究了剔除大扇入逻辑门对于高电源电压下的电路指标的影响,证实这一方法对电路在高电压下的性能和功耗没有明显的负面影响,主要影响是在一定程度上增大电路的面积.分别对32nm标准单元库中的异步置位复位D触发器单元和电平移位器单元进行了电路优化,使得它们在低电压下的延时分别减少了14.6%和19.9%,解决了电源电压降至近阈值时性能恶化过于严重的问题. 展开更多

关键词 能量效率 近阈值 宽电压工作 大扇入逻辑门 D触发器 电平移位器

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近阈值宽电压设计方法学的问题与挑战

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作者 张舜 张科龙 +1 位作者 王泽蓥 闫浩 《微纳电子与智能制造》 2021年第2期106-110,共5页

随着芯片工艺尺寸的缩小和集成度的提高,在移动设备、数据中心和物联网等领域,功耗成为设计的重点。面向低功耗的宽电压近阈值设计方法学被提出,同时宽电压技术在近阈值区域也遇到了性能损失、功耗泄露、工艺波动等问题。本文综述了近... 随着芯片工艺尺寸的缩小和集成度的提高,在移动设备、数据中心和物联网等领域,功耗成为设计的重点。面向低功耗的宽电压近阈值设计方法学被提出,同时宽电压技术在近阈值区域也遇到了性能损失、功耗泄露、工艺波动等问题。本文综述了近阈值宽电压技术发展中的概况和挑战以及未来发展的一些思考。 展开更多

关键词 集成电路 宽电压 近阈值 设计方法学

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近阈值下He原子的双电子电离实验中出射电子研究 被引量：5

5

作者 曹士娉 马新文 +2 位作者 A.Dorn M.Dürr J.Ullrich 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2007年第11期6386-6392,共7页

利用适用于低能电子入射的反应显微成像谱仪,对电子入射He原子近阈值下的双电离过程进行了研究,实验测量了反应后3个粒子的全部动量,获得了出射电子间的关联信息.主要介绍近阈值下的双电离实验装置及实验技术,集中分析反应后出射电子的... 利用适用于低能电子入射的反应显微成像谱仪,对电子入射He原子近阈值下的双电离过程进行了研究,实验测量了反应后3个粒子的全部动量,获得了出射电子间的关联信息.主要介绍近阈值下的双电离实验装置及实验技术,集中分析反应后出射电子的动量能量关系,对描述近阈值双电离的Wannier理论进行了检验,发现在入射电子能量为106eV时,实验结果具有Wannier理论预言的性质. 展开更多

关键词 近阈值He原子的双电离 反应显微成像谱仪 电子入射电离

原文传递

基于条件预充电技术的低功耗真单相时钟触发器

6

作者 姚茂群 邱思越 《浙江大学学报（理学版）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期554-561,共8页

基于条件预充电技术,设计了一种高速低功耗真单相时钟触发器。在存在冗余开关活动的关键路径中,通过增加场效应管和控制条件,控制内部节点的冗余预充电活动;通过消除冗余结构,消除冗余的场效应管,从而改善电路结构,降低功耗和总功耗延... 基于条件预充电技术,设计了一种高速低功耗真单相时钟触发器。在存在冗余开关活动的关键路径中,通过增加场效应管和控制条件,控制内部节点的冗余预充电活动;通过消除冗余结构,消除冗余的场效应管,从而改善电路结构,降低功耗和总功耗延时积。通用电路分析程序(simulation program with integrated circuit emphasis,HSPICE)仿真结果表明,在100 MHz的工作频率与低阈值电压下,触发器功耗低至158.6127 nW、总功耗延时积低至0.048735 fJ,电路具有正确的逻辑功能,且在功耗、延迟方面均优于近几年提出的电路。 展开更多

关键词 低功耗 条件预充电 近阈值电压 真单相时钟

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近阈值下He原子的双电离实验反冲离子动量分析 被引量：4

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作者 曹士娉 马新文 +1 位作者 A.Dorn M.Dürr 《原子核物理评论》 CAS CSCD 北大核心 2007年第3期208-213,共6页

利用最新发展起来的适用于低能电子入射的反应显微成像谱仪,对电子轰击He原子近阈值的双电离过程进行了研究,实验测量了反应后4个粒子的全部动量,获得了五重微分截面及出射粒子间的关联信息。着重分析了在入射电子束与出射电子构成的平... 利用最新发展起来的适用于低能电子入射的反应显微成像谱仪,对电子轰击He原子近阈值的双电离过程进行了研究,实验测量了反应后4个粒子的全部动量,获得了五重微分截面及出射粒子间的关联信息。着重分析了在入射电子束与出射电子构成的平面内,3个均分系统剩余能量的电子出射角关联关系,并与理论计算进行了比较。研究表明,当两个电子反向出射时,第3个电子垂直于这两个电子动量方向出射的几率最大。在1个电子垂直于平面出射时,通过理论计算结果与平面内出射角分布的比较,发现DS6C理论能够较好地描述实验结果。 展开更多

关键词 He原子的近阈值双电离 反应显微成像谱仪 电子轰击电离

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近阈值电压电路研究进展 被引量：3

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作者 张永欢 姜岩峰 《微电子学》 CAS CSCD 北大核心 2016年第1期107-112,共6页

近阈值电压技术是一门能够进行低压低功耗电路设计的新型技术,并在应用中取得了成果。从近阈值电压技术的提出背景和发展现状开始,围绕与传统设计的比较分析,展开论述了其技术优势及问题挑战。针对近阈值电压技术的设计挑战,结合实际电... 近阈值电压技术是一门能够进行低压低功耗电路设计的新型技术,并在应用中取得了成果。从近阈值电压技术的提出背景和发展现状开始,围绕与传统设计的比较分析,展开论述了其技术优势及问题挑战。针对近阈值电压技术的设计挑战,结合实际电路分析其解决方案。最后,简要介绍阈值电压技术的产品化成果,并对其未来发展做出展望。 展开更多

关键词 集成电路 近阈值电压技术 低功耗 能量效率

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一种0.6 V低压两级时间数字转换器 被引量：2

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作者 武建平 张聪 《微电子学》 CAS 北大核心 2020年第4期521-526,共6页

研究了用于超低功耗全数字锁相环(ADPLL)的时间数字转换器(TDC)在近阈值电源电压下的工作原理,提出了一种近阈值电压时间转换器。采用两级量化的TDC,通过时间放大器对量化余量进行放大,实现二次量化。针对TDC低压下的功耗、速度问题,实... 研究了用于超低功耗全数字锁相环(ADPLL)的时间数字转换器(TDC)在近阈值电源电压下的工作原理,提出了一种近阈值电压时间转换器。采用两级量化的TDC,通过时间放大器对量化余量进行放大,实现二次量化。针对TDC低压下的功耗、速度问题,实现了一种增益可扩展的时间放大器,提高了时间分辨率。基于130 nm CMOS工艺的仿真结果表明,两级量化时间数字转换器的分辨率为2.5 ps,动态范围为640 ps,微分非线性(DNL)最大值为0.9 LSB,积分非线性(INL)最大值为2.3 LSB。4倍时间放大器的增益误差为8.2%。 展开更多

关键词 近阈值电源电压 时间数字转换器 动态阈值技术 时间放大器

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面向宽电压应用的容错时钟门控单元设计 被引量：2

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作者 朱涛涛 项晓燕 +2 位作者 陈晨 孟建熠 严晓浪 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期1796-1803,共8页

为了将时钟门控技术应用于时序容错系统中,提出具备时序错误检测与自纠正能力的时钟门控单元.该单元通过监测内部虚拟节点电压变化,得到数据晚到信息;利用该监测信息可以重新打开时钟树网络,完成时钟被错误关断情形的当前周期自主现场纠... 为了将时钟门控技术应用于时序容错系统中,提出具备时序错误检测与自纠正能力的时钟门控单元.该单元通过监测内部虚拟节点电压变化,得到数据晚到信息;利用该监测信息可以重新打开时钟树网络,完成时钟被错误关断情形的当前周期自主现场纠错.给出容错时钟门控单元在现有的多种时钟门控技术中的适用性分析,讨论与之对应的纠错方案选择策略.基于SMIC 40 nm LL工艺库,仅新增12个额外的晶体管实现该单元,从原理图和版图2个层面,对其在宽电压工作下的容错能力进行分析验证,并给出集成到系统设计时所需的时序检查方法.将该单元应用于一款商用处理器C-SKY CK802物理设计中,实验结果表明系统能效相对于传统设计提高了64.7%,而时钟树功耗相对于现有的容错设计下降了32%. 展开更多

关键词 容错电路 时钟门控 宽电压 低功耗 近阈值计算 现场纠错

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65nm近阈值SRAM稳定性分析 被引量：2

11

作者 于雨情 王天琦 +2 位作者 齐春华 肖立伊 喻沛孚 《微电子学与计算机》 CSCD 北大核心 2017年第1期26-29,34,共5页

本文通过将供电电压降低到近阈值区域实现低功耗的目的.现有标准6T-SRAM在近阈值电压下的性能非常差,且受工艺波动的影响很大.因此,本文提出了一种新型的8T-SRAM,与近阈值电压下的6管单元相比,其静态功耗基本相同,读噪声容限也增加了一... 本文通过将供电电压降低到近阈值区域实现低功耗的目的.现有标准6T-SRAM在近阈值电压下的性能非常差,且受工艺波动的影响很大.因此,本文提出了一种新型的8T-SRAM,与近阈值电压下的6管单元相比,其静态功耗基本相同,读噪声容限也增加了一倍.因此使该新型8管单元在实现低功耗的基础上保证了读写的稳定性.另外针对工艺波动对读噪声容限的影响进行分析,与6T-SRAM相比,新型8T-SRAM受工艺波动的影响更小. 展开更多

关键词 低功耗 近阈值电压 读噪声容限 工艺波动

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基于沟长偏置的近阈值逻辑漏功耗减小技术

12

作者 范晓慧 邬杨波 倪海燕 《宁波大学学报（理工版）》 CAS 2013年第3期45-50,共6页

随着集成电路芯片特征尺寸的不断缩小,减小漏功耗已成为集成电路设计技术的焦点之一.在近阈值逻辑电路中,亚阈值漏电流是其最主要漏电流的构成.根据MOS器件沟道长度与亚阈值漏电流之间的非线性关系,通过适度提高MOS器件的沟道长度从而降... 随着集成电路芯片特征尺寸的不断缩小,减小漏功耗已成为集成电路设计技术的焦点之一.在近阈值逻辑电路中,亚阈值漏电流是其最主要漏电流的构成.根据MOS器件沟道长度与亚阈值漏电流之间的非线性关系,通过适度提高MOS器件的沟道长度从而降低CMOS逻辑电路的漏功耗,形成了基于沟长偏置的漏功耗减小技术.应用HSPICE软件对基于45nm PTM工艺参数沟长偏置为8%的基本逻辑门电路、镜像加法器和传输门加法器的漏电流进行了仿真测试,实验结果表明漏电流约下降了39%～44%.因此沟长偏置技术是一种有效的适用于近阈值逻辑的漏功耗减小技术. 展开更多

关键词 亚阈值漏电流 沟长偏置 近阈值逻辑 漏功耗减小

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近阈值电压下可容错的一级缓存结构设计

13

作者 程煜 刘伟 +2 位作者 孙童心 魏志刚 杜薇 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2020年第4期42-49,共8页

随着硅的集成度和时钟频率的急剧提升,功耗和散热已成为体系结构设计中的关键挑战。近阈值电压技术是一种能够有效降低处理器能耗的有着广泛应用前景的技术。然而,在近阈值电压下,大量SRAM单元失效,导致一级缓存的错误率升升,给一级缓... 随着硅的集成度和时钟频率的急剧提升,功耗和散热已成为体系结构设计中的关键挑战。近阈值电压技术是一种能够有效降低处理器能耗的有着广泛应用前景的技术。然而,在近阈值电压下,大量SRAM单元失效,导致一级缓存的错误率升升,给一级缓存的可靠性带来了严峻挑战。目前有很多学者通过牺牲缓存容量或者引入额外的延迟来纠正缓存的错误,但大多方法只能适应SRAM单元的低失效率环境,在高失效率的环境下表现较差。文中提出了一种基于传统6T SRAM的近阈值电压下可容错的一级缓存结构——FTFLC(Fault-Tolerant First-Level Cache),在高失效率的环境下,其表现出了更好的性能。FTFLC采用两级映射机制,利用块映射机制和位纠正机制分别对缓存行中有错的比特位和子数据块进行映射保护。此外,文中还提出了FTFLC初始化算法将两种映射机制结合,提高了可用的缓存容量。最后,使用gem5模拟器,在650 mV电压的高失效率环境下对FTFLC进行仿真实验,将其与3种已有缓存结构10T-Cache,Bit-fix,Correction Prediction进行对比。对比结果表明,FTFLC相比其他的缓存结构,在保持较低面积和能耗开销的同时,拥有至少3.86%的性能提升,且将L1 Cache的容量可用率提升了12.5%。 展开更多

关键词 近阈值电压 一级缓存 容错性 可靠性 低能耗

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近阈值电压下可容错的末级缓存结构设计

14

作者 刘伟 魏志刚 +2 位作者 杜薇 曹广义 王伟 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第7期1759-1766,共8页

近阈值电压技术通过降低晶体管的电源电压来降低芯片能耗和提升能效。但是,近阈值电压技术会在Cache中引起大量位错误,严重影响末级缓存的功能。针对近阈值电压下超过1%的位错误率造成的Cache故障问题,该文提出一种基于传统6T SRAM单元... 近阈值电压技术通过降低晶体管的电源电压来降低芯片能耗和提升能效。但是,近阈值电压技术会在Cache中引起大量位错误,严重影响末级缓存的功能。针对近阈值电压下超过1%的位错误率造成的Cache故障问题,该文提出一种基于传统6T SRAM单元的可容错的末级缓存结构(FTLLC)。该策略对缓存条目中的错误进行了低错纠正和多错压缩,提高了Cache中数据保存的可靠性。为了验证FTLLC的有效性,该文在gem5中实现了该结构,并运行了SPEC CPU2006测试集进行仿真实验。结果表明,对于650 m V电压下65 nm工艺的末级缓存,FTLLC与Concertina压缩机制相比在4-Byte粒度下末级缓存可用容量增加了24.9%,性能提高了7.2%,末级缓存的访存缺失率下降了58.2%,而面积和能耗开销仅有少量增加。 展开更多

关键词 近阈值电压 容错Cache 纠错码 压缩机制

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使用赛道存储单元的近阈值非易失SRAM

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作者 孙忆南 刘勇攀 杨华中 《微电子学》 CAS CSCD 北大核心 2016年第3期398-401,共4页

利用在一个单元上可以存储多位信息的赛道存储单元,设计了在近阈值电源电压下工作的非易失SRAM。通过恰当选择赛道存储单元的设计参数,并利用正向衬底偏压等技术,使其能在近阈值电源电压(0.5V)下可靠工作。该非易失SRAM与电源门控技术... 利用在一个单元上可以存储多位信息的赛道存储单元,设计了在近阈值电源电压下工作的非易失SRAM。通过恰当选择赛道存储单元的设计参数,并利用正向衬底偏压等技术,使其能在近阈值电源电压(0.5V)下可靠工作。该非易失SRAM与电源门控技术配合使用,可以解决在近阈值环境下泄漏电流占比过大的问题。仿真结果显示,在典型应用下,可降低传感网芯片中存储器部分能耗的40.9%。 展开更多

关键词 非易失存储器 近阈值电路 赛道存储单元

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近阈值标准单元库和其在传感网芯片中的应用

16

作者 孙忆南 刘勇攀 +1 位作者 王智博 杨华中 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2015年第12期889-893,915,共6页

将电源电压降低到晶体管阈值电压附近可以有效提高数字电路的能效,而近阈值标准单元库是近阈值数字电路设计的基础。通过分析逻辑门间静态噪声容限的兼容性、逻辑门在宽电压范围下延时变化情况,并通过求解最大包问题等的相关算法,对现... 将电源电压降低到晶体管阈值电压附近可以有效提高数字电路的能效,而近阈值标准单元库是近阈值数字电路设计的基础。通过分析逻辑门间静态噪声容限的兼容性、逻辑门在宽电压范围下延时变化情况,并通过求解最大包问题等的相关算法,对现有的商用数字CMOS标准单元库进行有效筛选,得到适用于低电压工作的近阈值数字CMOS标准单元库。通过一个应用于传感网中的双电压域、双核微控制器流片测试,对此标准单元库进行了验证,结果显示其中工作在0.5 V下的高能效核的能量效率相较传统工作电压下提高到2.76倍。 展开更多

关键词 近阈值电路 数字电路 标准单元 静态噪声容限 传感网

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一种工作在近阈值电源电压下的高分辨率数控振荡器

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作者 黄曼玉 万哲辛 +3 位作者 吴桐 邵陆钦 郭宇锋 王子轩 《南京邮电大学学报（自然科学版）》 北大核心 2020年第6期63-70,共8页

文中提出了一种工作在近阈值电源电压下的LC数控振荡器(Digitally Controlled Oscillator, DCO),该振荡器采用PMOS管和NMOS管的交叉耦合结构实现了电流复用,降低了DCO的工作电流。DCO基于一种多阶电容桥接技术,在不采用ΔΣ调制器且不增... 文中提出了一种工作在近阈值电源电压下的LC数控振荡器(Digitally Controlled Oscillator, DCO),该振荡器采用PMOS管和NMOS管的交叉耦合结构实现了电流复用,降低了DCO的工作电流。DCO基于一种多阶电容桥接技术,在不采用ΔΣ调制器且不增加DCO功耗的前提下将单位可变电容值由3.2 fF减小到6.7 aF,提高了DCO的分辨率。文中提出的LC-DCO在130 nm CMOS工艺下进行了流片验证,测试结果显示,在0.5 V电源电压,输出频率为2.4 GHz时,电路功耗为0.425 mW,分辨率为9 kHz, 1 MHz频偏处的相位噪声为-122.2 dBc/Hz, FoM为193.52 dB。 展开更多

关键词 数控振荡器 分辨率 近阈值电源电压 低功耗

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