芯片电源，是时候变了

（原标题：芯片电源，是时候变了）

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长期以来，我一直觉得业界对电源的处理方式并不理想。虽然时钟门控和电源门控等技术已被用于减少不必要的活动和泄漏，但是否存在更多对预期功能没有贡献的活动呢？

虽然不必要的活动在功能上可能无关紧要，但它们都代表着资源的浪费。有些资源是故意消耗的，希望借此提升性能，例如分支预测。虽然在某些情况下这种消耗是浪费的，但在其他情况下却能带来收益。在微观层面，资源浪费可能来自系统故障；而在宏观层面，则可能存在被忽略的输出。我的电脑每天都会遇到一个典型的例子：屏幕进入睡眠状态后，GPU 仍然持续运行，为屏幕提供内容。为什么？原因很简单，因为没有反压机制来判断哪些工作是不必要的。

造成这种浪费的原因之一是目前主流的验证策略——约束随机测试模式生成。在20世纪80年代，这被视为一项巨大的进步，因为它能够自动生成激励，而无需像过去那样手动创建和维护所有验证运行，这曾是一项极其繁重的工作。约束随机方法需要人工创建模型，然后用这些模型生成激励。但他们只是将激励随意地散布到设计中，并寄希望于它能产生一些有用的结果。

由于刺激是随机的，因此需要生成系统模型，以便验证结果是否正确。此外，还需要进行覆盖率测试，以判断设计中是否存在任何有用的功能。通过这些结果，验证人员可以确定特定的随机种子是否提高了设计覆盖率，以及是否应该在回归测试中再次使用该种子。在某些情况下，系统实际上并不关心是否产生了正确的活动，而一些看似不必要的活动，如果能够提高覆盖率，反而可能是一种优势。

随着设计规模的扩大，这种方法变得越来越浪费，也越来越难以达到所需的覆盖率。此外，覆盖率指标仅仅是实际功能的替代指标，这使得很难将其与需求和规范联系起来。更令人担忧的是，如果覆盖率与结果检查没有直接关联，那么覆盖率就毫无意义。它只是在实际工作中打勾而已。

大约十年前，EDA公司和标准组织试图创建一种新的验证方法，该方法从器件的目标出发，并研究如何在设计中实现这些目标。这项工作被称为“便携式激励”（Portable Stimulus）——这个名称的历史背景令人质疑，而且只会加剧人们对其功能的困惑。

但半导体行业不喜欢改变，除非别无选择，否则它会抵制任何改变。芯片的性能长期以来都受到功耗和散热的限制。随着新技术节点的热密度不断增加，越来越多的芯片设计中包含大量的暗硅。这是为了吸收相邻元件产生的多余热量。

从多个方面来看，电力短缺问题正在发生。从宏观层面来看，业界宁愿花费更多的时间和金钱来降低设备内部的热量，也不愿减少设备产生的热量。从设计层面来看，功率/能源/散热仍然被视为次要因素。

回到便携式刺激（PSS）的话题。在PSS中，最终目标首先要明确定义。例如，你可能希望看到数据从A点移动到B点。合适的工具会找出实现这一目标的方法。它首先确定一个必要的动作，然后查看该动作启动的前提条件，接着找出如何满足这些前提条件，而这又会产生更多的前提条件——直到满足完成目标所需的一切条件。这形成了一个反向的活动锥，类似于形式化验证工具所构建的活动锥。然而，形式化验证试图证明某个结论总是真或假，而PSS则试图找到满足目标的示例。

当由PSS生成的刺激集通过设计进行“播放”时，它应该达到预期目标。如果未达到，则说明设计存在错误。但也有可能在预期影响范围之外产生额外的活动。这可能是一种不必要且浪费的活动。

现在我们来谈谈功耗。这可能是一个重要的功耗优化工具。如果将仿真产生的活动与实现预期目标所需的活动（例如使用便携式激励工具生成的活动）进行比较，那么任何不必要的活动都可能造成功耗浪费。至少应该将其作为调查对象。有些活动属于背景噪声，例如用于创建异步事件的计数器，当然，这些活动也可能触发软件操作，但它们的活动级别要高得多，应该很容易分离出来。

我们需要在设计层面实施一种覆盖率评估方法，使其能够与PSS生成的覆盖率相媲美。发现并减少能源浪费可以从多方面节省成本，而如果能耗降低，所需的冷却量也会减少。如果将目前用于冷却的时间和金钱的一小部分投入到降低能耗上，就能取得显著的进步。

https://semiengineering.com/spray-and-pray-wastes-power/

（来 源 ：编译自semiengineering ）

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