低功耗是现在的设计追求之一，通过产品之间的比较可以知道，同等能力的产品，如果具备低功耗特点，价格往往更高。为增进大家对功耗的认识，本文将基于两点介绍功耗：1.SOC不同层次低功耗设计，2.芯片功耗组成。

一、SOC不同层次的低功耗设计

功耗同样是所有的电器设备都有的一个指标，指的是在单位时间中所消耗的能源的数量，单位为W。电路中指整机或设备所需的电源功率。不过复印机和电灯不同，是不会始终在工作的，在不工作时则处于待机状态，同样也会消耗一定的能量(除非切断电源才会不消耗能量)。因此复印机的功耗一般会有两个，一个是工作时的功耗，另一个则是待机时的功耗。

在SOC中，影响系统功耗的参数调整主要是从系统级到物理级来进行。下面将针对各种不同层次中较为有效的设计方法进行阐述与探讨。

主要方法有三：

1. 软硬件划分

软硬件划分是从系统功能的抽象描述着手，把系统功能分解为硬件和软件来实现。通过比较采用硬件方式和软件方式实现系统功能的功耗，得出一个比较合理的低功耗实现方案。由于软硬件的划分处于设计的起始阶段，所以能为降低功耗带来更大的可能。

2. 功耗管理

功耗管理的核心思想是设计并区分不同的工作模式。其管理方式可分为动态功耗管理和静态功耗管理2种。动态功耗管理的思想就是有选择地将不被调用的模块挂起，从而降低功耗。静态功耗管理是对待机工作模式的功耗进行管理，它所要监测的是整个系统的工作状态，而不是只针对某个模块。如果系统在一段时间内一直处于空闲状态，则静态功耗管理就会把整个芯片挂起，系统进入睡眠状态，以减少功耗。

3. 软件代码优化

软件代码的功耗优化主要包括:①在确定算法时，对所需算法的复杂性、并发性进行分析，尽可能利用算法的规整性和可重用性，减少所需的运算操作和运算资源。②把算法转换为可执行代码时，尽可能针对特定的硬件体系结构进行优化。例如，由于访问寄存器比访问内存需要更少功耗，所以，可以通过合理有效地利用寄存器来减少对内存的访问。③在操作系统中充分利用硬件提供的节电模式。随着动态电压缩放技术的出现，操作系统可以通过合理地设置工作状态来减少功耗。

二、芯片功耗的组成

1. core power

功耗的组成包含RAM、ROM、时钟树(clock tree)和核心逻辑电路(Core logic)等四部分，下面依次来分析。

1)RAM

RAM功耗的计算是项复杂的任务，幸运的是，memory compiler可以为我们进行此项工作。关键点在存取每个端口的速率，这可以通过考虑存取pattern类型得到，或者通过仿真得到。建议在设计初期即生成不同参数(宽度，深度，速度，port数)的RAM/ROM的功耗数据，以利于设计探索。

2)时钟树

时钟树的功耗占到整个芯片功耗的40%~60%，因为它的高活动率(100%)和正负边沿均消耗电力。

其中，电容包含寄存器的电容，驱动单元的电容和连线电容三部分。

3)核心逻辑电路

定义核心逻辑电路功耗为除时钟树外的组合与时序单元消耗的电力。由两部分组成：

leakage current

capaciTIve loads

4)宏单元(macro cell)

多数芯片包含PLL等模拟macro，可以从库提供商的数据手册找到其功耗参数。设计者可以通过切分系统模式关闭不需工作的模块，以减小功耗。

2. IO power

IO功耗包含IO单元、外部负载、外部终端等。因为需要驱动板级的连线，IO的电容会是内部单元的数百倍量级，因此消耗较多的电力。有时候，IO的功耗可以占到整体功耗的很大比例，系统架构可能因之改变，如：重新定义系统的划分，以减少芯片-芯片的连接;选择不同的IO接口协议，以减少能量消耗。IO功耗通常由系统架构，接口带宽与协议要求决定。一旦库选定，设计者可以优化的空间很小，但是核心的功耗是设计者可以减小的，在后面的篇幅中，我们将以核心功耗的估算与优化作为主题。