Minskade geometrier, effektsnåla makron och låg spänning i kärnan. Det är asicleverantörernas knep för att strypa effektförbrukningen.

Men konstruktören måste dessutom anpassa arbetetsgången för att klara effektkraven utan att spränga timingen.

Intresserad av effektsnåla asicar? Tro inte att det räcker att köpa en lågeffektskrets och sedan konstruera på vanligt manér men siktet inställt på timing och yta. Man måste även ta stor hänsyn till effekten - extra arbete för konstruktören alltså. Syntesverktyget skall exempelvis inte ha onödigt tajta timingkrav. En lyckad ytplanering är också A och O.

Men visst finns det effektsnåla alternativ på marknaden numera. Låg effekt har ju blivit ett måste, åtminstone för asicar som skall finna sin plats i mobiltelefoner och andra bärbara prylar, exempelvis datorer. Men att jämföra effektförbrukningen för konkurrerande alternativ är inte det lättaste - leverantörerna använder ofta olika måttstock.

- Det finns en hel flora av metoder för att beräkna asiceffekt, säger Michael Bäckman, försäljningschef på IBM Microelectronics nordiska kontor.

- Fast egentligen drar CMOS-asicar av olika fabrikat i princip lika mycket effekt om vissa egenskaper överensstämmer, exempelvis kanallängden, matningsspänningen och antalet metallager. Om effektangivelserna ändå skiljer rejält beror mest på hur man mäter.

Nåväl. Kiseltillverkarna Texas Instruments och IBM Microelectronics har under året lanserat nya asicfamiljer som effektintresserade konstruktörer bör ta en titt på. Effektbesparingen beror delvis på att nykomlingarna tillverkas i vassa halvledarprocesser - små transistorer drar som bekant låg effekt.

Den ritade kanallängden ligger runt 0,25 μm även om Texas envisas med att kalla sina kretsar för 0,18 μm-asicar. Men då syftar de på den effektiva kanallängden.



Låg spänning till pyttegrindar


Ett annat plus med minimala geometrier är att pyttesmå grindar klarar sig med låg spänning. På så vis minskar effektförbrukningen rejält, eftersom denna ju beror kvadratiskt på spänningen. Lågeffektskretsarna från Texas och IBM använder därför ungefär 1,8 V internt på kislet. Drivcellerna däremot matas med 2,5 V eller 3,3 V för att klara kontakten med omvärlden. Här har man sneglat på marknadens ledande lågeffektsprocessorer som använder samma taktik.

Texas betatestar just nu grindmatrisfamiljen TGC6000 och den cellbaserade familjen TSC6000. De sägs strypa effektförbrukningen med hela 90 procent jämfört med "dagens kretsar", som företagets marknadsförare lite vagt uttrycker det. Kretsarnas kärnor är optimerade för 1,8 V men vissa delar lär klara sig med mindre än 1 V.

Konkurrenten IBM Microelectronics presenterade sin 0,25 μm-familj, som döpts till SA-12, redan i våras. Även den klarar sig med lägre spänning - som lägst 1,65 V - internt. För att ange kretsarnas effektförbrukning i förhållande till prestandan - hastigheten alltså - använder företaget det föga intuitiva måttet μW/MHz/grind, ett mått som tagits fram av den amerikanska tidningen Asic & EDA. IBM är för närvarande nere och nosar på 0,08 μW/MHz/grind. Men även med ett sådant exakt mått är det lätt att bli lurad om man inte vet villkoren för mätningen, som exempelvis ledarlängder. Men IBM är ett exempel på företag som noggrant anger hur man kommit fram till siffrorna.



Makron får låg effekt


Såväl IBM som Texas erbjuder även speciella bibliotek med lågeffektsmakron. Texas har dessutom effektsnåla minnen som stängs av automatiskt när de inte adresseras.

Hur ser prestandan ut då? Minitransitorer plus låg drivspänning är ju knappast receptet för snabba kretsar. Och syntesverktygen väljer inte lågeffektsmakron med klen drivförmåga om timingen blir lidande.

Såväl Texas som IBM poängterar därför att man måste lägga mycket krut på ytplaneringen och timingkraven, som inte skall vara onödigt hårda.

Det lönar sig även att undersöka kretsens ledningsdragningsförmåga. God ledningsdragningsförmåga plus bra ytplanering ger ju korta ledare. Och då klarar man förhoppningsvis timingkraven även med lågeffektsmakron.

Leverantörerna själva verkar inte hysa några särskilda farhågor beträffande hastigheten. Gunnar Holmen på Texas Instruments svenska kontor vill visserligen inte specificera någon maxfrekvens. Men som han själv uttrycker det:

- 500 MHz är verkligen en blygsam hastighet i de här sammanhangen.

Charlotta von Schultz



Klockdriven processor stryper effekten


En processor som drivs av klockan. Visst låter det utopiskt men ett amerikanskt forskarlag är faktiskt på god väg att knåpa ihop en sådan

skapelse, enligt den amerikanska tidningen Electronic Engineering Times. Man återanvänder helt enkelt den energi som i vanliga fall förbrukas av just klockan, energi som går till spillo i jordplanet.

- Man förlorar effekt på två sätt när en transistor slår om; genom resistans i kanalen och genom att ladda upp och ladda ur kapacitansen i source och drain, säger Bill Athas, en av forskarna bakom lågeffektsprocessorn som utvecklas på University of Southern California.

Den resistiva energin blir värme och går därför inte att återvinna. Den kapacitiva energin finns däremot kvar i form av elektroner som forskarna nu lyckats lagra i en induktans. Sedan är det bara att återanvända denna energi.

Effektförbrukningen sägs därmed minska med hela 80 procent jämfört med konventionella processorer. Nykomlingen - en 16-bitars Riscprocessor tillverkad i CMOS-teknik - behöver inte skämmas för sig vad gäller hastighet heller. Forskarna siktade på runt 20 MHz, men de tester man hittills utfört visar att kretsen klarar 50 MHz utan problem.