做低功耗之王

     新的功率规范要求电子工业承担降低能耗的责任，提高产品能效，最终降低温室气体排放。因此，我们要做低功耗之王。
    我们现在开始认识到：电子工业将成为解决全球变暖问题的一个主角。到目前为止，企业都在谈论降低产品能耗的计划，但其实能够做的工作还有很多。新的功率规范要求电子工业承担降低能耗的责任，提高产品能效，最终降低温室气体排放。

    功耗测量要客观

    今天，越来越多的应用都需要低功耗可编程逻辑解决方案，因此，许多PLD（可编程逻辑器件）厂家都专注于降低其器件的功耗，并把其产品冠以“最低功耗解决方案”之名。
    然而，没完没了地宣称低功耗的领先能力可能会让可编程逻辑器件的用户感到厌烦并产生认知上的混乱。各家厂商都在宣扬自己的低功耗领先能力。但显然，并非每一个厂商都是低功耗之王。那么，您如何判断谁是真正的低功耗之王呢？
    请不要理会那些宣传之言，要查看数据表，比较基本的功率元素，像静态功耗、动态功耗、浪涌、配置功耗和低功耗模式。
    以100万门器件为例，比如基于SRAM(静态内存)的FPGA，其被宣称是“功耗最低的FPGA”，静态功耗在40mW-150mW 之间，但仍是 ActelFlash(闪存)IGLOO静态功耗0.05mW的800倍-3000倍。同样地，再看看“零功耗”CPLD(复杂可编程逻辑器件)解决方案，与IGLOO器件相比，前者的静态功耗高出10倍。
    总而言之，那些宣传不过是竞争手段而已。
    然后，看看额外的功耗优化选项。有能够降低30%动态功耗的开发环境吗？供应商的工具套装能够在设计的所有功能模式中确认并图像化地显示功耗吗？设计环境能够对整个FPGA或设计的某个特别部分(例如时钟区域、开关周期及假性转移)进行分析吗？
    为了精确地评定相互竞争的器件，硅片的测量和基准比较显然是至关重要的。可编程逻辑器件供应商当然会为其硅器件提供评测和开发电路板，但这些电路板的设计及配置都有所不同，因此，要公正地评测硅器件的实际功耗并不容易。例如Actel提供的功率比较电路板便能够对比两款竞争器件在相同运行条件下的功耗状况，而且测试结果显示，目前其他可编程逻辑器件供应商尚未拥有挑战Actel低功耗之王地位的实力。
    对于大多数应用来说，功率至关重要。通过对比数据表、供应商功率评测工具以及真实的硅片测量数据，Actel的IGLOOFPGA静态功耗与其他可编程逻辑产品相比，降低至其他产品静态功耗的1/10到1/3000。因此，我们是低功耗之王！

    FlashFPGA有低功耗优势

    低功耗之王是如何做到的呢？便携产品的设计人员过去依赖专用集成电路(ASIC)来实现其低功耗目标。但ASIC有某些问题，即掩模工艺昂贵和开发周期较长。设计人员的另一个选择是可编程逻辑解决方案，尤其是基于SRAM技术的可编程逻辑器件，这种器件缩短了开发周期，但也有不足之处，如静态功耗高。事实上，当今市场上的一些所谓“低功耗”FPGA和CPLD的电流消耗达30mA，这通常比典型便携应用所能容忍的电流消耗高出1到2个数量级。
    基于SRAM技术的器件在通电启动时还会产生电涌，导致额外的电池消耗或造成系统初始化失败。不仅如此，由于基于SRAM 技术的FPGA晶体管密度极高，当半导体工艺尺寸每次缩小时，其静态功耗都会增加。这是因为尺寸缩小后，量子隧道效应和亚阈值区漏电之类的问题变得越来越严重，这对于面向便携应用的器件来说是个实实在在的挑战。如果采用那些利用Flash技术来配置的新型SRAM解决方案，功率问题还会更加复杂。虽然这种解决方案在市场上被称为基于Flash的器件，但还是需要在耗电巨大的 SRAMFPGA上额外增加一些电路。
    幸好，现在已有真正的Flash可编程逻辑技术。由于基于Flash的非易失性FPGA不需要数百万个耗电的SRAM存储位来配置数据，其静态功耗较之于基于SRAM的解决方案要低很多，因而是低功耗应用的理想器件。事实上，市面上有一些基于Flash的FPGA是专门针对低功耗应用设计的产品。这类FPGA的静态功耗仅为 5μW。与此同时，这类器件还提供更高的复杂性及更多功能，而且较之于CPLD，其静态功耗降低了1/4。
    Actel基于Flash的IG-LOO系列FPGA的功耗是当今最好的SRAM FPGA的1/100或1/1000。就采用电池供电的便携应用的开发而言，基于Flash的器件还有一些其他的优点，包括能够迅速恢复工作状态的灵活节能模式、低动态功耗及时钟管理功能。
    智能功率芯片不仅功耗低，还能以智能化方式控制和降低整体系统功耗。例如，混合信号ActelFusion可编程系统芯片可将FPGA逻辑与其他用于系统管理的元件(如Flash、模拟电路、微控制器及时钟管理电路)集成在一起。这种集成化产品能减少板卡上的部件，降低整体功耗及部件材料成本，同时还可对系统进行精细的功率管理。
    这更使我们实现了做低功耗之王的目标！

    本文作者为Actel公司总裁兼首席执行官JohnEast