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» 2015年05月29日 14時00分 UPDATE

SoCの低消費電力設計ノウハウ:ユニットレベルのクロックゲーティングで消費電力が下がる! モジュール方式のSoCインターコネクト (1/4)

SoCの低消費電力化で見過ごされがちな“インターコネクト”。ここでは、SoCのダイサイズを縮小し、消費電力を低減できるモジュール方式のSoCインターコネクト技術について紹介する。

[Jonah Probell(Arteris社),EDN]

 SoC(システム・オン・チップ)開発者にとって電力管理の重要性は高まるだが、しばしば見過ごされる重要な領域が“インターコネクト”です。SoCの消費電力低減に向けた努力は演算部分に重点が置かれます。けれども、インターコネクトの部分に着目して、モジュール的なインターコネクトを採用すれば、ダイサイズを縮小し、ルーティングの集中を軽減し、チップ全体の消費電力を最大0.7mW削減できるのです。モビリティや電力管理が重要視されるデータセンター向けの次世代システムにおいて、これほどの電力/面積の削減はゲームチェンジャーとなるでしょう。

 スイッチ、バッファ、ファイアウォール、パイプステージ、クロック、パワードメインクロッシングの分散アーキテクチャに基づくモジュール方式は、他のタイプのインターコネクトとは異なります。チップ上の全てのユニット間で共通の伝送プロトコルを使用することで、設計者はユニットレベルのクロックゲーティングを実装し、トラフィックがない場所でのクロックツリーのスイッチング電力を節約します。

 モジュール型NoC技術は、ロジックを局所化し、長い配線を最短化し、キャパシタンスを低く抑えることによっても消費電力を軽減します。SoC設計の電力管理性をさらに高めたい設計者は、NoC伝送プロトコルの単純さを生かしてデータパスをシリアル化し、ロジックを最小限に抑え、チップの面積縮小とリーク(漏れ)電力の軽減を実現できます。

低消費電力

tt150527SoCI0000.jpg 写真はイメージです

 現在、広く使用されているトップレベルのインターコネクトファブリックは一般に、チップ上に占めるロジック面積に対して割に合わないほど多くの電力を消費する長い配線に頼っています。通常、インターコネクト内ではクロックツリーの消費電力が最も大きく、これを軽減できる最大の可能性を秘めているのがクロックゲーティングです。また、これに次いで消費電力が大きいのはリーク電力であり、ファブリックに必要なロジック面積の削減によって漏れを最小限に抑えることができます。

 モジュール型NoCインターコネクトを検討している設計者は、クロックツリー管理の局所化、データパスのシリアル化、さらには厳密に配置されるパイプステージが電力と面積にもたらすメリットを実感するでしょう。

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