《基於動態餘量的EMU能量模型與策略研究》是依託電子科技大學,由羅萍擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於動態餘量的EMU能量模型與策略研究
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：羅萍
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目針對迄今習用電源管理單元PMU被動式功率管理模式，提出能量管理單元(EMU)的概念,進行主動式能量管理模式的兩方面創新研究：(1)基於功率隨狀態、時間的變化規律，提出動態能量模型(DEM)，包括分段驅動和多模動態能量模型；(2)引入動態餘量概念，提出主動式動態餘量能量管理（DHEM）策略。重點研究分析EMU及其SoC負載的能量輸運規律，包括三項創新點：（1）建立EMU分段驅動能量模型（SDEM）；（2）建立SoC多模動態能量模型(MDEM)；（3）研究以最小動態餘量為目標函式的自適應動態能量管理策略（DEMS）。並進行上述模型與策略的實驗研究,EMU輕載分段驅動效率提升6個百分點。突破迄今習用電源管理模式，獲得EMU及其負載的能量輸運規律和高效能量管理策略。本項目是一項系統集成功率電子學的套用基礎研究，為SoC等複雜負載套用系統的低能耗設計提供科學的理論模型和管理策略，具有重要意義。
結題摘要
SoC低功耗設計為當今電子產品高速發展的瓶頸問題之一，迫切需要新的電源管理（PM）技術以滿足新一代SoC 低功耗設計需求。迄今典型SoC 的電源管理模式為動態電源管理（DPM）和動態電壓調整（DVS）的被動式功率管理，這些電源管理單元（PMU）很難滿足電子產品長帶機時間的要求。NS的自適應電壓調節（AVS）技術提及能量管理概念，但其核心技術並未公開。本項目提出主動式能源管理單元（EMU）代替被動式PMU是順應SoC發展需要。 本項目涉及功率積體電路新型能量管理基礎理論與關鍵技術研究。項目提出EMU概念，進行了主動式能量管理模型、策略及其關鍵技術的研究，具體包括三方面創新研究：（1）通過深入分析EMU功率變換電路能耗分布與影響因素，提出功率輸出級分段驅動能量管理SDE策略，建立了SDE模型，得到EMU能耗與功率管M數的關係，進而得到EMU最小能耗下的優值Mop。具有分段功率驅動的EMU驗證電路，其輕負載下效率可提升7%；（2）分析了SoC等數字負載總能耗的主要組成部分，以pipeline、乘加器等數字電路為例，分析了數字負載電路能耗與傳輸延時、負載規模、不同工作狀態的關係，建立了數字負載多模動態能量模型（MDEM），進而提出基於斜坡搜尋技術的最小能量追蹤（MEPT）策略以降低數字電路總能耗。MEPT驗證電路顯示該策略下數字負載電源電壓可低至0.4V，大大節省了系統能耗；（3）研究了基於PSM的AVS能量管理策略，利用PSM恆能量脈衝特性和關鍵路徑延遲鏈進行數字負載的能量管理，可實現SoC等數字負載的最低動態能耗，該AVS可搜尋到數字負載在不同負載頻率、PVT下的最低工作電壓，形成最小動態餘量的自適應動態能量管理策略（DEMS）。該AVS管理策略驗證電路顯示系統最大能耗節省可達80%以上。 本項目突破了迄今習用電源管理模式，獲得SDE、MEPT、AVS等EMU高效能量管理策略。相關驗證電路設計過程中還形成了諸如混合電流檢測等EMU電路設計關鍵技術。項目研究為國際前沿研究，所形成的成果為國內領先技術，具科學性、先進性，為SoC 等複雜負載套用系統的低能耗設計提供了科學依據。
