IC设计低功耗成显学

“刚刚好”的艺术！

可以称之为绿色芯片，也有人说是省电IC，都是在强调低功耗的芯片。到底为了保护环境、爱护地球，IC设计工作上，可以怎么做？又设计低功耗的芯片，对环境的意义？

2008年.7月。成立20周年的益华计算机(Cadence).在台湾新竹举行一年一度的技术论坛。

智原科技SOC发展暨服务处长（VP, SoC Development & Service）谢承儒（C.J. Hsieh）及益华计算机数字IC设计研发副总吕丰荣（Frank Leu），分别发表了IC设计也能对环保做出贡献的看法。

可以称之为绿色芯片，也有人说是省电IC，都是在强调低功耗的芯片。到底为了保护环境、爱护地球，IC设计工作上，可以怎么做？又设计低功耗的芯片，对环境的意义？

简约之美

智原科技SOC发展暨服务处长谢承儒指出，7月初，中国台湾地区为了结合民间对抗高油价，配合推动节能减碳政策，”国发基金“已提供公司购置节能设备优惠贷款总额度台币100亿元，经济部打算将之提高到台币500亿元。

这样的消息显示，开发设计节能产品，已经不只是道德良知，同时，随着政策的鼓励纷纷出笼，未来，具备节能特性的产品，也成了产品的重要特色及卖点。

谢承儒指出，除了节能之外，简约之美也获得消费者青睐。他举如家快捷酒店（Home Inn）及春秋航空（Spring Airlines）两家公司为例，前者是一家“只响应住房客人基本需求”的饭店，全球有400多家连锁店，住一晚只要168元人民币，住房率高达95%。春秋航空则没有地勤人员，飞机上的饮料食物都要旅客自己掏腰包，为了节省机场管理费，这家航空公司总是夜间起飞，到北京的旅客，他们会在天津降落，再转陆上交通工具到北京，载客率高达96%。

从好，到刚刚好！

追求极致奢华的同时，社会道德责任及良知意识也不断升高。如今，能够掌握“刚刚好”（Just enough）也几乎被当成一门艺术。

谢承儒认为，从无到有，从“好”到“刚刚好”，有六个层次。分别是好更好“无”、“有”、“好”、“更好”、“刚好”，到“刚刚好”。

省电呼声，越来越高亢

CMOS制程的耗电危机，随着工艺技术不断推进，挑战越来越大。其中，主动器件功率密度（power density）每代增长1.3倍，被动器件每代增长3倍，而最严重的是漏电问题，每代增加4倍以上，所以散热问题越来越令人头痛。

益华电脑数字IC设计研发副总吕丰荣也呼应谢承儒的看法。吕丰荣强调，省电课题，已经广泛触及我们的工作及生活。

从IC器件观点看，他指出，手机器件要求的耗电极限是3W。小型消费性电子产品耗电极限是6W，为了符合耗电门坎，若把封装方式从FPPP改成FPGA，每个组件还要花1美元。中大型消费性电子产品及网络产品，耗电极限是10W，若把封装方式从FPGA改成覆晶（Flip Chip），每个组件还要花1.5美元，这还没有算上需延长2-3个月的工作时间成本。

从系统产品观点看，所有消费性系统产品耗电都要控制在1100W以内，还要能够符合PCI的规格限制。对企业计算机运算系统而言，耗电的挑战也很艰巨，Google的主机服务器，用电量等于一座中型城市的用电量，所以Google就干脆把数据中心紧邻水库。对于系统产品而言，如果为了冷却而去加风扇，不但多了风扇成本，影响可靠度不说，产品卖相也大打折扣。

Philips PNX4008手机多媒体处理器（Mobile Multimedia processor），除了提供一般功能之外，特别强调低功耗及更长的电池寿命。ATI Radeon X1950图形处理器（Graphics Processor），Fujitsu MB87Q3140是一颗12埠、传输速率达10Gbps的Ethernet 交换器IC，采65nm制程的IC都需解决漏电的问题，否则事后才想冷却战略或加风扇，都会影响成本。

IC省1W，环境省3W

吕丰荣建议IC设计者深思与正视自己工作对环境的重要影响。他说，每颗IC每省下1W，随着被整合进各类电子系统产品中，对环境就具有3倍的加乘效果，等于可以替环境省下3W的电力。

当年，功耗大的BiPolar被CMOS取代之后，如今CMOS也走到了当初BiPolar的功耗瓶颈，在主要制程技术没有改朝换代之前，只好靠设计的方法来解决。

提供IC设计服务的智原科技发现，客户从0.25μm世代，已经开始接受低功耗IC设计的概念。谢承儒表示，随着省电的需求越来越多，智原从2005年起，推出“PowerSmart”平台，从0.13μm制程世代开始，提供由“低功耗设计方法”及“低功耗相关IP”两大部分组成的低功耗解决方案。如今，智原的低功耗解决方案已经推进到90nm,65nm及45nm。

产业低功耗，PFI力推

2005年-2006年间，在IC设计业里，逻辑线路自动化，已经成功实践，但电源消耗的信息，却没有自动化。这个问题的挑战很大，而且要自动化也绝对不能关起门来自己做自己的，这是一场标准化的推动大任。

观察到整个IC设计流程迫切需要一种标准方法，来表现低功率规格，Cadence于2006年5月发起Power Forward Initiative（Power Forward联盟，简称PFI），目的是在整个设计流程中开发一种通用功率格式(CPF)。发起之初，成员包括Cadence、AMD、ARM、ATI、富士通、飞思卡尔、NEC和TSMC等10家公司，随后在2006年7-9月间，参与公司已提供400多个案例（input）参与测试，而催生PFI的，正是吕丰荣的老板，徐季平。

所以，当Cadence推出CPF，很快地就获得智原的支持。吕丰荣说，截至2007年底的统计，CPF已经获得超过200家客户采用，并有超过80个设计案例成功tape out。

省电设计，客户满意

谢承儒分享了3个省电芯片成功案例。其中，最令大家惊艳的是一枚复杂度相当高的多媒体处理器，智原设计了10种不同的功耗模式（power mode），并逐一完成最挑战、也最关键的验证工作，不但在动态功耗上可以节省35%，更减少漏电120倍。

智原透过替客户完成低功耗设计的个案越来越多，也一再验证该公司低功耗设计流程（Low Power Flow）已经通过量产考验（Silicon Proven）。

谢承儒直爽地回答了我的疑问，设计省电IC，在IC这个层次，确实是比较贵的。但他强调，如果没有从IC设计时就考虑省电节能，等到改光罩或者在系统产品发烧发烫时，不得以才来想散热问题，那个成本一定让人悔不当初。

吕丰荣也举了3个精彩的省电IC故事。其中，一个手持多媒体装置，因为Cadence的低功耗解决方案，总用电量减少3成，而待机时更比旧版本省电50%。

低耗电，高道德

中国古谚，富而好仁。在能源短缺的时代，有钱也有道德，其具体作为之一，就是环保。谢承儒说，过去开大西西数豪华费油车的有钱人，很可能为了重塑形象，选择更环保的油电混合车。

谢承儒说：低耗电，是高道德的。

新闻

上海广电光电子采用思源Laker FPD Editor客制化布局系统

电子设计自动化（EDA）厂商思源科技7月底宣布，中国液晶显示器供货商上海广电光电子（SVA Optronics）正式采用思源的“Laker FPD Editor”为其液晶显示器布局设计 (Layout) 的标准编辑工具，藉此加速设计时程并提升设计生产力。

成立于2005年6月的上海广电光电子(SVA Optronics.)，隶属于上海广电（集团）有限公司。上海广电光电子座落于主要开发、营销、制造TFT-LCD桌上型、笔记型显示面板以及电视面板的上海漕河泾新兴技术开发区。上海广电光电子和日商NEC合资成立的上海SVA-NEC液晶显示器有限公司 亦在中国大陆生产第五代TFT-LCD 平面显示器。

上海广电光电子计划以SVA品牌平面显示器来扩展下游市场，并开拓全TFT-LCD面板产业供应链。该公司技术中心副处长金波表示：“我们和思源科技 (SpringSoft) 的合作很愉快。针对液晶显示器布局设计的特殊应用与需求，思源科技提供了非常完善的平面显示器设计平台。它独特的自动化设计与进阶的FPD布局设计功能，确实协助我们提升客制化平面显示器项目的产能。”

Laker客制化IC 设计平台以其绝佳的速度、能力与完备性，以及持续不断的技术创新，已在全球拥有超过300 家客户，举凡世界各大半导体设计公司及专业晶圆代工厂商皆采用思源科技的“Laker 系列”产品。针对液晶显示器布局设计的特殊应用与需求，思源科技以其专业的Laker 客制化IC 设计平台为基础，开发了独特的“Laker FPD Editor”平面显示器设计平台，并且提供这些强化的功能：自动化等电阻绕线 (automatic equal resistance routing)、自定义画素设计组件 (user-defined devices for pixel design)、电阻值之计算 (resistance calculator) 以及阶层式联机侦测 (hierarchical net tracer for debugging)。

思源科技执行副总经理邓琼森表示：“我们很高兴能与上海广电光电子这样优秀的商业伙伴合作，并透过Laker 提高上海广电设计人员的生产力和加快其产品上市时程。我们一直致力于技术的创新，和提供市场上最先进的设计工具帮助客户成功面对布局设计的诸多挑战。我们期望能在中国发展更多类似的合作伙伴。”

Laker FPD Editor领先众多平面显示器设计平台解决方案，它内建的客制化平面显示器设计编辑功能，能让布局设计工程师在单一的操作环境下，轻松编制平面显示器布局设计并有效地验证布局设计内容。

全球5大平面显示器供货商中已有4家选择Laker FPD Editor 作为其不同应用的布局设计解决方案。Laker FPD Editor支持多种主要的作业平台，如Sun Solaris、HP-US、及PC Linux之类的UNIX工作站。