低功耗是現在的設計追求之一，通過產品之間的比較可以知道，同等能力的產品，如果具備低功耗特點，價格往往更高。為增進大家對功耗的認識，本文將基于兩點介紹功耗：1.SOC不同層次低功耗設計，2.芯片功耗組成。

一、SOC不同層次的低功耗設計

功耗同樣是所有的電器設備都有的一個指標，指的是在單位時間中所消耗的能源的數量，單位為W。電路中指整機或設備所需的電源功率。不過復印機和電燈不同，是不會始終在工作的，在不工作時則處于待機狀態，同樣也會消耗一定的能量(除非切斷電源才會不消耗能量)。因此復印機的功耗一般會有兩個，一個是工作時的功耗，另一個則是待機時的功耗。

在SOC中，影響系統功耗的參數調整主要是從系統級到物理級來進行。下面將針對各種不同層次中較為有效的設計方法進行闡述與探討。

主要方法有三：

1. 軟硬件劃分

軟硬件劃分是從系統功能的抽象描述著手，把系統功能分解為硬件和軟件來實現。通過比較采用硬件方式和軟件方式實現系統功能的功耗，得出一個比較合理的低功耗實現方案。由于軟硬件的劃分處于設計的起始階段，所以能為降低功耗帶來更大的可能。

2. 功耗管理

功耗管理的核心思想是設計并區分不同的工作模式。其管理方式可分為動態功耗管理和靜態功耗管理2種。動態功耗管理的思想就是有選擇地將不被調用的模塊掛起，從而降低功耗。靜態功耗管理是對待機工作模式的功耗進行管理，它所要監測的是整個系統的工作狀態，而不是只針對某個模塊。如果系統在一段時間內一直處于空閑狀態，則靜態功耗管理就會把整個芯片掛起，系統進入睡眠狀態，以減少功耗。

3. 軟件代碼優化

軟件代碼的功耗優化主要包括:①在確定算法時，對所需算法的復雜性、并發性進行分析，盡可能利用算法的規整性和可重用性，減少所需的運算操作和運算資源。②把算法轉換為可執行代碼時，盡可能針對特定的硬件體系結構進行優化。例如，由于訪問寄存器比訪問內存需要更少功耗，所以，可以通過合理有效地利用寄存器來減少對內存的訪問。③在操作系統中充分利用硬件提供的節電模式。隨著動態電壓縮放技術的出現，操作系統可以通過合理地設置工作狀態來減少功耗。

二、芯片功耗的組成

1. core power

功耗的組成包含RAM、ROM、時鐘樹(clock tree)和核心邏輯電路(Core logic)等四部分，下面依次來分析。

1)RAM

RAM功耗的計算是項復雜的任務，幸運的是，memory compiler可以為我們進行此項工作。關鍵點在存取每個端口的速率，這可以通過考慮存取pattern類型得到，或者通過仿真得到。建議在設計初期即生成不同參數(寬度，深度，速度，port數)的RAM/ROM的功耗數據，以利于設計探索。

2)時鐘樹

時鐘樹的功耗占到整個芯片功耗的40%~60%，因為它的高活動率(100%)和正負邊沿均消耗電力。

其中，電容包含寄存器的電容，驅動單元的電容和連線電容三部分。

3)核心邏輯電路

定義核心邏輯電路功耗為除時鐘樹外的組合與時序單元消耗的電力。由兩部分組成：

leakage current

capaciTIve loads

4)宏單元(macro cell)

多數芯片包含PLL等模擬macro，可以從庫提供商的數據手冊找到其功耗參數。設計者可以通過切分系統模式關閉不需工作的模塊，以減小功耗。

2. IO power

IO功耗包含IO單元、外部負載、外部終端等。因為需要驅動板級的連線，IO的電容會是內部單元的數百倍量級，因此消耗較多的電力。有時候，IO的功耗可以占到整體功耗的很大比例，系統架構可能因之改變，如：重新定義系統的劃分，以減少芯片-芯片的連接;選擇不同的IO接口協議，以減少能量消耗。IO功耗通常由系統架構，接口帶寬與協議要求決定。一旦庫選定，設計者可以優化的空間很小，但是核心的功耗是設計者可以減小的，在后面的篇幅中，我們將以核心功耗的估算與優化作為主題。