Hittills är det mest konstruktörer av bärbar elektronik som varit tvungna att bry sig om effektutvecklingen i sina konstruktioner. Men när kiselgeometrierna kryper ner mot 130 och vidare mot 100 nm så kommer effekten i fokus för alla typer av elektronik.

Vid de geometrierna minskas förvisso spänningen, men strömmen går upp, vilket gör att strömtätheten och inte minst läckströmmarnas får ökad betydelse. Utvecklingen tvingar fram nya sätt att angripa effektproblematiken.

Om detta var väldigt många talare på mässan Date överens. Effekt var det dominerande temat bland de tekniska föredragen, och Hugo De Man från belgiska forskningscentrumet Imec pekade ut färdriktningen i sitt inledningstal.

- Morgondagens elektronik kommer att vara bärbar och trådlös, mindre synlig än idag men närvarande överallt. Utmaningarna blir att ta fram de system på kisel som ska sitta i våra kläder - de måste prestera 10-100 miljarder operationer per sekund, inte dra mer än 0,1 W i viloläge och aldrig mer än
2 W, konstaterade han.

- Ska det lyckas så räcker det inte att angripa effektproblemet på grindnivå - det krävs en annan attityd i hela kretskonstruktionen och inte minst till programvaran. Programmen måste "tvättas" så att onödiga operationer aldrig utförs, och vi måste få fram operativsystem som minimerar effekten, sa han.

Småföretag mest innovativa

Hos stora verktygstillverkare som Synopsys, Cadence och det snart Synopsysägda Avant är effektfrågan förstås inga överraskningar. Man har en del verktyg för ändamålet, och utvecklar ständigt nya. Men frågan är om inte de mest intressanta initiativen denna gång kom från mindre företag.

Ett exempel är tyska Offis, vars verktyg Orinoco gör en del av det Hugo De Man pekade på. Orinoco tar VHDL och C++ som indata tillsammans med en serie randvillkor. Som utdata får konstruktören inte bara en effektuppskattning, utan också en lista över hur effekten fördelas på olika delar i kretsen, samt indikationer på var optimeringsarbete skulle göra mest nytta. Det kan handla om att skriva VHDL-koden annorlunda för att få syntesverktyget att åstadkomma effektsnålare konstruktioner, eller att lägga in extra konstruktionselement för att minska effekttätheten.

Att verktyget både är snabbt och tar hänsyn till programvaran visades i en demo som på några minuter analyserade en MP3-spelare i VHDL, och visade att det krävdes helt olika optimeringar beroende på om den matades med vitt brus eller med musik.

Initiativ för kyla på nanonivå

Några andra metodikbidrag kom från det så kallade Nanocool Initiative, en företagsgruppering med bland andra verktygstillverkaren Sequence, IP-leverantören Virtual Silicon och halvledarföretaget Broadcom.

Denna grupp jobbar på att ta fram ett konstruktionsflöde som ska garantera att asickonstruktörerna aldrig råkar ut för överraskningar i effekthänseende. Effekt ska bli lika viktigt som timing på varje steg, från registernivå via grindnivå till transistornivå.

- "Power Closure" blir nödvändigt när vi når 100 nm. Konstruktörerna måste få verktyg som tar hänsyn till både timing och effekt samtidigt. Och verktygen måste även kunna hantera IP-block, sa Greg Fawcett, marknadschef på Sequence.

Att han poängterade IP-block var naturligt med tanke på att företaget lanserade ett program på Date som modellerar effektutvecklingen från IP-block, kallat IP Wizard.

Halvera effektuttaget

Ytterligare bidrag till lågeffekttankarna kom bland annat från ASC, Nassda och Monterey. ASC, Alternative System Concepts, lovar att företagets kommande verktyg för lågeffektsyntes, kallat ALF Compiler, ska kunna åtminstone halvera effektutvecklingen i en krets, ibland rentav få ner den till en tiondel.

Verktyget utgår från processspecifika modellbibliotek beskrivna på hög nivå i formatet ALF, och konstruktionsindata i VHDL eller Verilog. Utdata är optimerad VHDL eller Verilog för vidare syntes i exempelvis Synopsys verktyg.

Nassda lanserade version 2.0 av sin kretssimulator HSIM. I denna ingår simulering av läckströmmar (Iddq). Enligt företagets vd An-Chang Deng är detta verktyg det första som kan ta hela kretsar och verifiera att effektbudgeten inte överskrids innan konstruktionen levereras till kretstillverkaren för så kallad tape-out.

Monterey lanserade konstruktionsplaneringsverktyget IC Wizard (ej att förväxla med Sequences IP Wizard) i en ny version, och även här var effekt ett av ledorden. Verktyget hjälper till att efter syntesen planera layouten av kretsen så att effektutvecklingen sprids någorlunda jämnt, och att kraftmatningen av kretsens olika delar också sprids över kislet.

Påpekas bör att IP-leverantörerna i högsta grad också bidrog till att Date fokuserade på effekt. Virtual Silicons chef Taylor Scanlon påpekade att "ingen krets är bättre än det sämsta IP-blocket på kretsen", och att effektutvecklingen blir ett allt viktigare kvalitetsmått. Och Adelante introducerade en DSP-kärna - Lunar - vars 0,5 kvadratmillimeter bara drar 0,25 mW/ MHz om den implementeras i en 0,18 μm-process.

Till kärnan hör en rad tillbehör som tillsammans kan användas för hela DSP-system som trots namnet Galaxic DSP Technology ska vara bland det strömsnålaste som finns i denna genre.

Adam Edström