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問題描述

在文檔中 中 華 大 學 (頁 33-37)

透過使用 ADB 並指定適當的延遲數值,在各功率模式下完成時脈差異的最小化。

由於 ADB 的佈局面積大小依賴於 ADB 指定的延遲數值之大小,因此必須將 ADB 指 定的延遲數值作最小化。

給定緩衝器時脈樹(buffered clock tree),TB,其中共有 m 個緩衝器(buffer),分別 為 B1, B2 ,.., Bm,而這些緩衝器共連接了 n 個正反器(flip-flops),分別為 FF1, FF2 ,.., FFn且共有 c 種功率模式(power mode),分別為模式 1, 模式 2 ,.., 模式 c,在 c 種不同的 功率模式下,各正反器具有 c 種的延遲時間(latency),又稱為到達時間(arrival time)。

由於 ADB 可指定的延遲數值是不連續且有限的,假設 ADB 可調的延遲數值範圍 (tuning range)共有 p 種,分別為 D1, D2 ,.., Dp (且 Di<Di+1 , 1

ip-1),必須在有限的

ADB 的可調的延遲數值範圍中指定適當的延遲數值於 ADB 上,以達到時脈差異的最 小化。

由於在多電壓模式下達到零時脈差異是非常困難的,而在電路中時脈差異的限制 條件有時不需那麼嚴謹,其中一種方法是將時脈差異限制在特定的界限(bound)內,

於此界限內的時脈差異是可被電路容忍的。在完成時脈差異的最小化後,依照設定的 差異界限(skew bound)的大小,將時脈差異釋放(release)並放寬界限,使時脈差異只要 小於或等於差異界限即可滿足差異的限制條件,而不需達到最小化,進而減少 ADB 的數量並使 ADB 指定的延遲數值降低。假設差異界限為 B,最小化的時脈差異必須 小於或等於 B 才能滿足差異的限制條件。

執行 ADB 設定的步驟是將時脈樹中的緩衝器替換成 ADB,並在 ADB 可調的延 遲數值範圍中指定適當的延遲數值於插入的 ADB 上。本篇論文的目標是將 ADB 的 數量及指定的延遲數值作最小化,同時在維持界限內的時脈差異之條件下將時脈差異 作最佳化。

由於 ADB 指定的延遲數值為不連續的延遲數值,因此有些延遲數值無法被調整

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出來,在指定 ADB 的延遲數值的過程中可能會使時脈樹中正反器的延遲時間(latency) 提高,而使時脈樹的最大延遲時間(maximum latency)改變。時脈樹最大的延遲時間提 高會使平均延遲時間變大,可能會使時脈週期發生變化,而使整體的效能變差。因此 必須妥善地指定 ADB 的延遲數值,使時脈樹中各緩衝器子樹的延遲時間小於時脈樹 最大的延遲時間,如此才能滿足延遲時間的限制條件。

以下為 ADB 設定演算法的輸入、輸出及限制條件:

如圖 3-1 所示,給定緩衝器時脈樹,TB,與 10 顆一般緩衝器,{B1, B2, B3, B4, B5,

B

6, B7, B8, B9, B10},及 12 個連接緩衝器的正反器,{FF1, FF2, FF3, FF4, FF5, FF6, FF7,

FF

8, FF9, FF10, FF11, FF12},其中共有兩種不同的功率模式,模式 1 和模式 2,於這兩 種模式下,正反器的初始延遲時間分別為{3, 6, 6, 8, 8, 11, 10, 14, 6, 7, 8, 9}及{7, 9, 8, 9, 6, 10, 10, 15, 6, 9, 4, 6},藉由觀察可知模式 1 及模式 2 下初始的時脈差異分別為 12 和 11。假設給定的差異界限為 7,且 ADB 可調的延遲數值分別為延遲數值,1.5、2.5 及 3.5。藉由將一般緩衝器替換成 ADB,並指定適當的延遲數值於 ADB 上,如圖 3-2

輸入:

緩衝器時脈樹(buffered clock tree):TB 輸出:

經過 ADB 設定後的緩衝器時脈樹:TADB 限制條件:

1.差異的限制條件(Skew Constraint):

最小化的時脈差異必須小於或等於差異界限,B。

2.延遲時間的限制條件(Latency Constraint):

各正反器的延遲時間(latency)必須小於或等於時脈樹最大的延遲時間,

LAT

max

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所示,在模式 1 下使用的 ADB 數量為 3 個,緩衝器,B2、B4及 B7,被替換成 ADB1

ADB

2及 ADB3,並分別指定延遲數值,1.5、2.5 及 1.5。此外在模式 2 下,如圖 3-3 所示,使用的 ADB 數量為 3 個,緩衝器,B2、B7及 B10,替換成 ADB1、ADB3及 ADB4, 並分別指定延遲數值,2.5、2.5 及 2.5。由於 ADB 可不指定任何延遲數值,換言之 ADB 可指定延遲數值,0,因此在兩種功率模式下共使用 4 顆 ADB,ADB1 ,.., ADB4且 ADB1 ,.., ADB4指定的延遲數值在(模式 1,模式 2)下分別為(1.5,2.5)、(2.5,0)、(1.5,

2.5)及(0,2.5)。最後在不超過差異界限,7,的條件下,最佳化的時脈差異在兩種功 率模式下皆為 6.5。

FF5 FF6 FF4

FF3 FF2

FF1 FF7 FF8 FF9 FF10 FF11 FF12

B1

B2

B3

B4 B5 B6 B7

B8 B9 B10

模式 1 3 6 6 8 8 11 10 14 6 7 8 9 模式 2 7 9 8 9 6 10 10 15 6 9 4 6

圖 3-1 各正反器初始的延遲時間

FF5 FF6

FF4

FF3

FF2

FF1 FF7 FF8 FF9 FF10 FF11 FF12

B1

B2 B3

B4 B5 B6 B7

B8 B9 B10

模式 1 7 10 7.5 9.5 9.5 13.5 10 14 7.5 8.5 9.5 10.5 ADB1=+1.5

ADB2=+2.5 ADB3=+1.5

[7.5 , 14] ADB 可調的延遲數值範圍:

延遲 = +1.5 延遲 = +2.5 延遲 = +3.5 延遲= 0

圖 3-2 功率模式 1 下的 ADB 設定及正反器的延遲時間

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FF5 FF6 FF4

FF3 FF2

FF1 FF7 FF8 FF9 FF10 FF11 FF12

B1

B2

B3

B4 B5 B6 B7

B8 B9 B10

模式 2 9.5 11.5 10.5 11.5 8.5 12.5 10 15 8.5 11.5 9 11 ADB1=+2.5

ADB3=+2.5

ADB4=+2.5 [8.5 , 15] ADB 可調的延遲數值範圍:

延遲 = +1.5 延遲 = +2.5 延遲 = +3.5 延遲= 0

圖 3-3 功率模式 2 下的 ADB 設定及正反器的延遲時間

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