芯華章持續助力第四屆集成電路EDA設計精英挑戰賽，并邀請華南理工大學王小航教授帶來詳細的賽題解析，希望能夠幫助同學們更加從容應對賽事，賽出水平！
?其中，VDD為電壓，C為等效電容，Tr為翻轉率，即單位時間內邏輯門從0→1或從1→0的翻轉次數。我們可以把電壓和等效電容近似視為常數，對于不同的電路負載，統計其Tr，就可以計算動態功耗。
這道賽題的目的，就是讓大家通過VCD文件來統計一個電路負載的翻轉率。
如何得到翻轉率呢？我們回顧一下，在電路設計的時候，先設計其RTL（如verilog）代碼，并編寫testbench給出激勵進行測試，如下所示：
?用常見的仿真工具跑如上RTL代碼和testbench，可得到如下的輸出結果波形：
信號變化波形圖（芯華章科技股份有限公司-Fusion Debug 提供）
仿真工具可以把上述波形輸出VCD文件，類似：
?好，現在重點來了。給定VCD文件（其實就是波形的文本表示），我們就可以統計翻轉率，進而利用上述的功耗公式來計算動態功耗，它們之間的邏輯關系如下圖：
?在本賽題中，我們只關注如何從VCD文件（對應波形）到翻轉率的解析。
?
?這樣，掃描完一個文件之后，各個變量隨時間變化的序列就存下來了。
?可以采用pthread或者openMP進行并行編程，需要注意線程間的同步和鎖機制。
1
賽題背景分析
低功耗設計是數字系統非常重要的考慮因素。為了支持低功耗設計，首先要對功耗進行計算。功耗可分為靜態功耗（漏電流引起）和動態功耗（門翻轉引起）。在本賽題中，我們主要考慮動態功耗的計算方法。 動態功耗的計算公式如下：
?其中，VDD為電壓，C為等效電容，Tr為翻轉率，即單位時間內邏輯門從0→1或從1→0的翻轉次數。我們可以把電壓和等效電容近似視為常數，對于不同的電路負載，統計其Tr，就可以計算動態功耗。
這道賽題的目的，就是讓大家通過VCD文件來統計一個電路負載的翻轉率。
如何得到翻轉率呢？我們回顧一下，在電路設計的時候，先設計其RTL（如verilog）代碼，并編寫testbench給出激勵進行測試，如下所示：
?用常見的仿真工具跑如上RTL代碼和testbench，可得到如下的輸出結果波形：
信號變化波形圖（芯華章科技股份有限公司-Fusion Debug 提供）
仿真工具可以把上述波形輸出VCD文件，類似：
?好，現在重點來了。給定VCD文件（其實就是波形的文本表示），我們就可以統計翻轉率，進而利用上述的功耗公式來計算動態功耗，它們之間的邏輯關系如下圖：
?在本賽題中，我們只關注如何從VCD文件（對應波形）到翻轉率的解析。
2
賽題要點解析
本賽題主要就是進行VCD文件的解析，然后根據題目的要求，得到不同的統計結果（如翻轉次數tc，信號邏輯值為1的時間t1, 信號邏輯值為0的時間t0，信號邏輯值為x的時間tx，以及信號邏輯值為1的概率又稱靜態概率sp）、某個時間窗口的統計結果、不同層次信號的統計結果。 因此，首先需要定義一些數據結構表示信號時間序列，可以用數組或者vector等，將VCD文件讀取、解析為這些信號時間序列變量，再針對這些變量進行統計分析，得到所需的輸出。如下圖所示：
?2.1 VCD文件解析
VCD文件解析的思路如下：-
首先掃描文件頭，建立每個信號對應的數組或者vector。
-
將VCD文件看作是不同時間段的信號改變，對于一個時間段，掃描各個變量的值的變化，記錄其變化，就構成了時間序列。
?這樣，掃描完一個文件之后，各個變量隨時間變化的序列就存下來了。
2.2統計輸出
有了信號的時間序列值，可以根據題目要求打印統計結果。主要考慮幾方面：-
翻轉率等參數的計算，需要統計1和0的時間。
-
一個時間窗口的統計值，需要截取一個時間窗口進行計算。
-
層次化的信號，需要從文件中讀取信號間的層次關系進行計算。
2.3多核加速
在題目要求中提到了多核加速，假如你的電腦有多個核，就可以用多線程方式加速。多核加速的本質是將任務劃分到多個線程，讓多個線程在多個核上同時運行從而提高計算速度。 加速方法有兩種，一種是將文件讀入到內存，然后將不同的行分配到不同的核/線程來處理，我們稱之為橫向劃分；另外一種是將文件切分開分到不同的核，每個核處理文件的不同段，我們稱之為縱向劃分。
?可以采用pthread或者openMP進行并行編程，需要注意線程間的同步和鎖機制。
2.4文件處理
當VCD文件很大時，為了減少一次性讀入占用太多內存，可以每次讀入一部分文件存在內存中，如用getline等函數每次讀一行等。3
建議解題步驟
1
對VCD的基本語法先熟悉一下，如信號名字的對應關系，每一行表示什么含義等。
2
實現VCD文件到信號時間序列變量的轉換。這是一個文本逐行解析的過程。
3
寫統計分析的模塊，每個模塊對應不同的統計需求，相對獨立。
4
學習pthread或openMP多線程編程，學習如何創建線程、線程間如何同步、加鎖等。
5
用pthread或openMP提高你的程序的效率，這里需要并行劃分程序。
6
嘗試一下不同的文件讀取速度和占用內存情況，選擇一個占用內存比較小的方式。
4
其它注意事項
大家在解題時還需要注意以下幾點： 1）不要輕易放棄，題目本身難度不大，已經提煉成了算法題，前期的知識準備要花點時間； 2）一定要積極參加培訓，很多知識其實一點就透；在沒有相關背景積累的情況下學習會有一定的挑戰性，但也可以補充很多知識； 3）要遵循循序漸進、從易到難的解題思路，切不可貪大求全讓自己陷入到重重迷霧之中； 最后，預祝各位同學發揮出自己的水平，取得良好的成績。 審核編輯 ：李倩
聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容侵權或者其他違規問題，請聯系本站處理。
舉報投訴
-
集成電路
+關注
關注
5419文章
11947瀏覽量
367125 -
電壓
+關注
關注
45文章
5697瀏覽量
117274 -
等效電容
+關注
關注
0文章
18瀏覽量
8049
原文標題：芯華章賽題解析：數字集成電路動態功耗優化策略分析與評估
文章出處：【微信號：X-EPIC，微信公眾號：芯華章科技】歡迎添加關注！文章轉載請注明出處。
發布評論請先 登錄
相關推薦
熱點推薦
中國集成電路大全 接口集成電路
章內容，系統地介紹了接口集成電路及其七大類別，詳細說明了每一類別所包括品種的特性、電路原理、參數測試和應用方法。因為接口集成電路的類別多，而旦每類之間的聯系不如數字電路那樣密切，所以編
發表于 04-21 16:33
概倫電子集成電路工藝與設計驗證評估平臺ME-Pro介紹
ME-Pro是概倫電子自主研發的用于聯動集成電路工藝與設計的創新性驗證評估平臺，為集成電路設計、CAD、工藝開發、SPICE模型和PDK專業從業人員提供了一個共用平臺。
集成電路設計中靜態時序分析介紹
Analysis，STA）是集成電路設計中的一項關鍵技術，它通過分析電路中的時序關系來驗證電路是否滿足設計的時序要求。與動態仿真不同，ST
數字集成電路 Verilog 熟悉vivado FPGA微電子、電子工程
1、計算機、微電子、電子工程等相關專業碩士；
2、熟悉數字集成電路基本原理、設計技巧、設計流程及相關EDA工具；
3、精通Verilog語言，熟悉AMBA協議；
4、有FPGA開發或SOC設計經驗優先；
5、具有較強的獨立工作能力、良好的團隊合作精神。
發表于 02-11 18:03
新思科技攜手深圳大學推動集成電路設計領域發展
在當今快速發展的科技時代，數字集成電路設計作為推動人工智能（AI）、5G通信和物聯網等先進技術的核心力量，正扮演著越來越重要的角色。為了幫助未來的工程師們更好地掌握這一領域的專業知識和技術，2024
如何進行ASIC集成電路性能優化
ASIC（Application-Specific Integrated Circuit，應用特定集成電路）集成電路性能優化是一個復雜而關鍵的過程，涉及多個層面的技術和策略。以下是一些
高性能集成電路應用 集成電路封裝技術分析
的集成電路。它具有體積小、功耗低、速度快、可靠性高等特點，廣泛應用于多個領域： 通信領域 ：高性能集成電路在通信領域中得到了廣泛應用，如蜂窩通信、衛星通信、光纖通信等。它能夠實現高速數據傳輸、抗干擾、高清晰度視頻傳輸等功能。 醫
東芝TC7WZ74FK的特點與應用探討
的性能、節能效率和靈活性。本文旨在介紹TC7WZ74FK的關鍵特點，探討其潛在應用，幫助工程師將其納入備選型號中。 TC7WZ74FK概述 TC7WZ74FK是由東芝設計的CMOS數字集成電路，提供高速運作、低功耗以及寬電壓范圍的操作能力。它是一款帶有預設和清除功能的D觸
74VHC00FT CMOS數字集成電路硅單片英文手冊
功能概述74VHC00FT 集成了四個獨立的 NAND 門，每個門都有兩個輸入。NAND 門是數字邏輯電路中的基本構建模塊，只有當所有輸入都為高時輸出為低。該芯片可以在各種設備中執行邏輯操作，包括
發表于 11-05 10:25
?0次下載
語音集成電路有哪些特點
各種應用中都非常有用，包括智能手機、智能音箱、汽車導航系統、醫療設備和安全系統等。 以下是關于語音集成電路特點的分析： 集成度高 ：語音集成電路將多個功能
音響集成電路是數字集成電路嗎
音響集成電路（Audio Integrated Circuit，簡稱IC）是一種用于處理音頻信號的集成電路。它們可以是數字的，也可以是模擬的，具體取決于它們的設計和功能。 數字集成電路
TC7WZ74FK CMOS數字集成電路硅單片規格書
TC7WZ74FK是由東芝設計的CMOS數字集成電路，提供高速運作、低功耗以及寬電壓范圍的操作能力。它是一款帶有預設和清除功能的D觸發器，非常適用于多種數字應用。主要特點和規格1. 寬電壓范圍
發表于 08-29 14:20
?0次下載
ic 電子元器件類型有哪些？
IC(Integrated Circuit，集成電路)電子元器件類型繁多，根據功能和結構的不同，可以分為以下幾大類： 1. 數字集成電路(Digital IC) 數字集成電路主要用于數字
工商網監
評論