什么是IEEE 1801-2024统一功率格式4.0标准？

IEEE 统一功率格式 （UPF） 4.0 是一种标准规范语言，用于定义低功耗 ASIC 的低功耗架构。它旨在简化整个设计、验证和实现过程的集成，重点关注节能电子系统设计的功耗意图。

UPF 使用工具命令语言 （TCL） 构建，是对 SystemVerilog 和 VHDL 等硬件描述语言的补充。它使设计人员能够指定基本的电源意图元素，如电源域、电源状态、电源转换以及最大限度地提高低功耗 ASIC 性能所需的其他因素。

作为一种标准化语言和框架，UPF 支持整个 EDA 工具流程中各种设计工具的可移植性和一致的性能。UPF 功耗意图文件的结构是为了在设计、验证和实现过程中使用（图 1）。

图 1.显示插入 Power Intent 文件的 EDA 工作流程示例。（图片：Defacto Technologies）)

关键要素

IEEE 1801 的关键要素从电源网络开始，该网络定义了芯片的电源架构以及如何将电源输送到各种电源域和逻辑单元。接下来是 power domains，它们是 logic blocks、memory 和其他元件的分组，出于电源管理目的，它们被视为单个单元。

三种可能的状态定义了电源域作。正常的 powered作状态是称为 standby、idle 或 drowsy 的低功耗状态，其中域暂时处于非活动状态，但会保留其状态。其他状态为 off 或 sleep，其中域已关闭，可能会丢失其状态。

电源域是一个关键概念，用于定义电源意图，并通过电平转换器、隔离和保持单元等功能管理整体功耗。UPF 可以定义用于连接不同电压域的电平转换器的位置和规格，确保来自一个电压域的信号可以被另一个电压域正确解释。

UPF 支持插入隔离单元，以防止电源域和保留单元之间发生意外的电源泄漏，或保留寄存器，以便在电源断开时保存电源域的状态。

宏用于捕获域的电源意图和特征。它们支持简化的集成和 IP 重用。它们还详细描述了在各种功率条件下进行设计验证所需的域工作状态（图 2）。

图 2.IEEE 1801 UPF 标准的关键要素。（图片：Cadence)

4.0 中的新增功能

UPF 4.0 版本引入了多项增强功能和新功能，以改进低功耗设计和验证。三项关键增强功能是改进的价值转换方法 （VCM），用于替换价值转换表 （VCT）、增强的留存建模和可精简的宏。

与 VCT 相比，VCM 在模拟/混合信号设计中具有更好的性能，并为 UPF 电源网络和 HDL 之间的转换提供了更丰富、更灵活的方法。UPF 4.0 将 VCM 与隧道相结合，将电源连接到各种 HDL 类型，从而在整个设计和验证过程中提供更一致的功耗意图表示。

增强的保留建模包括对保存/恢复条件的更多控制，包括处理更复杂的时钟、设置和保留关系的能力。对保存/恢复条件的更精细控制以及考虑异步信号对保留池影响的能力支持更准确的电源状态建模。

新版本引入了可精简的宏，可简化 IP 重用和设计优化。可精简宏可以具有可变的端子边界、工具强制安全性和非侵入式电源意图更新，从而在设计过程中实现系统级优化。它们还支持自下而上的设计验证，从而简化了 IP 模块的集成。

4.0 中的其他增强功能包括：

• 改进了连续细化，使其在管理设计更新时更加有效。

• 阐明了解决冲突的电源意图规范的优先规则，从而产生更加一致和可预测的行为。

• 虚拟电源支持对未物理连接的电源进行建模，从而简化电源状态定义。

• UPF 库通过专为重用而设计的预定义 Power Intent 元素进行了增强，从而加快了设计过程。

总结

IEEE UPF 4.0 提供了一种标准化方法来描述和管理低功耗 IC 设计中与电源相关的信息，并支持功率感知电子设备的开发。最新版本支持不同设计阶段和工具之间更好的协作，从而实现更高效、更准确和可预测的低功耗设计。