Minimierung des Energieverbrauchs auf Chipebene

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MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Treston Deutschland GmbH

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Texas Instruments France SA

Texas Instruments Deutschland GmbH

Betrachten wir einen DSP, der aus Silizium am starken Ende der Prozessskala hergestellt wurde und geringfügig höhere Schaltgeschwindigkeiten als angegeben unterstützt, aber auch geringfügig höhere Leckströme aufnimmt. Wenn eine Power-Management-Einrichtung in der Lage ist, für diesen DSP die spezifischen Eigenschaften des Bausteins zu erkennen, so kann sie zur Reduzierung des Energieverbrauchs auch die Versorgungsspannung herunterskalieren, ohne dabei die angegebene Leistung des Chips zu gefährden. Dieselbe Logik könnte auch auf einen DSP angewendet werden, der aus schwachem Silizium hergestellt wurde. Die Power-Management-Einrichtung kann die Spannung erhöhen, um das erforderliche Leistungsniveau zu gewährleisten, und gleichzeitig den Energieverbrauch im vorgegebenen Rahmen halten.

Dynamische Spannungsskalierung

Untersuchungen zeigen, dass sich die größten Energieeinsparungen durch die Anpassung der Kernspannung in Bausteinen erzielen lassen, die dem starken Ende der Silizium-Herstellungstechnologieskala entsprechen. Bild 4 veranschaulicht, wie die Leistungsfähigkeit von DSPs, die aus zunehmend stärkerem Silizium hergestellt werden, auf dem erforderlichen Niveau (in diesem Fall 1 GHz) oder darüber erhalten bleibt. Gleichzeitig werden die Kernspannungen reduziert, um den Leckstrom und den Gesamt-Energieverbrauch auf ein Minimum zu beschränken.

Die Spannungsskalierung kann auch eingesetzt werden, um den dynamischen Energieverbrauch, d.h. die Energie, die beim Betrieb des Systems verbraucht wird, zu reduzieren. In diesem Fall kann die Temperatur als Variable verwendet werden, um Änderungen bei den Kernspannungen herbeizuführen.

So lässt sich bei hohen Temperaturen die zum Baustein geführte Spannung verringern, wodurch der Energieverbrauch weiter reduziert wird. Im Gegensatz dazu kann die Kernspannung bei niedrigen Temperaturen erhöht werden, um die Leistung bei relativ geringen Auswirkungen auf den Energieverbrauch zu steigern. Für diese Art der Energiesparfunktion werden bausteinbezogene Informationen über das Wärmeverhalten benötigt. Am Beispiel der TCI648x-DSPs von TI lässt sich die Realisierung des Konzepts aufzeigen.

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