"IEEE 1801或更為業(yè)內(nèi)所熟知的UPF標(biāo)準，是描述電源意圖（power intent）、設(shè)計及驗證電源管理架構(gòu)的一套方法學(xué)。這個標(biāo)準自推出以來經(jīng)歷了4次大的更新，而不同版本之間的兼容性問題也使該標(biāo)準成為EDA領(lǐng)域最難支持的標(biāo)準之一。"

十年前，低功耗領(lǐng)域的兩項標(biāo)準終于在業(yè)界期待下進行了融合，在達成這個結(jié)果之前，行業(yè)內(nèi)經(jīng)過了巨頭站隊、各自為營的過程，其結(jié)果是給用戶體驗造成了困擾。這個標(biāo)準就是現(xiàn)在的IEEE 1801標(biāo)準，現(xiàn)在業(yè)界也稱為低功耗標(biāo)準格式（UPF）。

在這個標(biāo)準出來之前，功耗已經(jīng)成為最令全行業(yè)頭痛的問題之一，連續(xù)多年來，都是國際會議上的焦點議題。彼時，工藝持續(xù)在按照摩爾定律演進，功耗也可以持續(xù)改善。雖然晶體管縮小了，但是單位面積上功耗不降反升，甚至有人預(yù)測若不對此做出相應(yīng)的功耗改善，芯片功耗的能量密度將會趕上火箭發(fā)動機噴射口的能量密度。

漸漸地業(yè)內(nèi)企業(yè)不再寄希望于工藝方面出現(xiàn)奇跡，所以必須進行設(shè)計相關(guān)的功耗降低，也就是電源管理，這其中包括多電壓、電源關(guān)斷、電壓島等方法。但是其結(jié)果就是整個設(shè)計流程變得碎片化，流程中每個工具都有不同的文件格式，極難實現(xiàn)自動化。

因此，用戶急需一套統(tǒng)一的標(biāo)準，一個可以描述電源意圖的工具成為了市場的需求。諾基亞的全球IC工具經(jīng)理Mika Naula在當(dāng)時表示，他對功耗標(biāo)準的要求就是MISS（make it simple, silly）和KISS（keep it simple, stupid）。希望能有一個可用、可維護和支持驗證的標(biāo)準，這樣有助于工具之間的互操作性。

在此背景下，業(yè)界第一個低功耗的標(biāo)準CPF (Common Power Format) 于2007年出爐了。通過CPF，設(shè)計師終于可以定義他們的功耗策略和框架了，而且因為是標(biāo)準規(guī)范格式，只需要一次，工程師所定義的功耗意圖就可以應(yīng)用在整個芯片設(shè)計開發(fā)的流程之中。

這樣大大簡化了這個流程，真正做到事半功倍的效果。 這個本應(yīng)給全行業(yè)帶來更多便利的工具卻成為了EDA巨頭爭奪的戰(zhàn)場，與CPF相應(yīng)的UPF標(biāo)準也被開發(fā)出來。這兩個標(biāo)準語義不同，當(dāng)時的用戶評價CPF和UPF做功耗意圖時是一樣的，但是在細節(jié)上卻是各行其道，用戶在使用工具時不得不選邊站隊，讓兩個標(biāo)準相互融合的呼聲也越來越高。

IEEE 1801發(fā)展演進

2007年3月

Silicon Integration Initiative（Si2）組織發(fā)布了CPF 1.0，該標(biāo)準由42條命令組成，可以描述低功耗意圖。該標(biāo)準不僅可以顯著有效地降低了芯片的功耗，基于CPF的全流程設(shè)計實現(xiàn)了跨團隊之間的高效溝通協(xié)作。同年，Accellera組織通過了UPF 1.0草案。UPF 1.0由32個命令組成。

2008年

Si2組織發(fā)布了CPF 1.1。由于Accellera組織將UPF貢獻給IEEE，同年IEEE發(fā)布了IEEE 1801-2009標(biāo)準，也被稱為UPF 2.0。該標(biāo)準向后兼容UPF 1.0，同時吸納了CPF的一些概念。對比1.0版本，UPF 2.0最大的不同是引入了supply_set的概念，一個supply_set有6個function，從而檢查會更加完善。

2011年

CPF 2.0發(fā)布。新版本優(yōu)化了層級流程、增強了驗證仿真相關(guān)流程，同時提高了與IEEE 1801的互操作性。

2011年5月

促成日后電源格式融合的里程碑事件是Si2宣布對IEEE開放低功耗方法論 （OpenLPM）。方法融合的直接好處是增強了采用混合低功耗格式設(shè)計流程中不同格式之間的互操作性。從長遠來看，方法論的趨同也成為了標(biāo)準格式融合的快車道，讓兩個標(biāo)準盡快達成一致。

2013年

自Si2把CPF 2.0貢獻給IEEE之后，這一年IEEE 1801-2013（UPF 2.1）發(fā)布，其中包含11條新的UPF命令，此版本象征了CPF和UPF的正式融合。該版本對先前的命令做了進一步改進、引入了電源模型和中繼器策略，以及一些電源管理單元定義命令。UPF 2.1共包含86個命令：46個功耗意圖、6個電源管理和34個Query命令。

2014年

此后不久，2014年發(fā)布了UPF 2.1的修訂版——IEEE 1801a-2014（UPF 2.2）。此修正案中沒有引入新命令，也沒有棄用或刪除任何命令。該版本糾正了UPF 2.1中的錯誤。改正了與電源狀態(tài)、電源、優(yōu)先規(guī)則和電源管理單元位置的語義相關(guān)的歧義和不一致之處。

2015年

IEEE 1801-2015（UPF 3.0）定稿并獲得批準。該標(biāo)準引入了11條新命令。一共由62條命令組成：51個功耗意圖、6個電源管理和5個Query命令。新增內(nèi)容包括電源狀態(tài)和狀態(tài)轉(zhuǎn)換的功能增強，以及對IC設(shè)計流程不同階段電源意圖連續(xù)改進的支持。該版本還引入了詳細的信息模型，作為增強包UPF功能和查詢功能的基礎(chǔ)。此外，它現(xiàn)在還支持在虛擬原型應(yīng)用中進行系統(tǒng)級功耗分析的組件功耗建模。

2018年

到目前為止最新IEEE 1801-2018（UPF 3.1）發(fā)布。此版本是IEEE 1801的重要里程碑，添加了多項新功能并明確了現(xiàn)有功能，同時保持了先前版本之間一定程度的向后兼容性。

隨著低功耗設(shè)計方法學(xué)的演進以及越來越多的用戶開始使用UPF，UPF標(biāo)準會持續(xù)迭代升級，而這種升級包含但不限于對現(xiàn)有語義不完整或有歧義的地方進行修改，UPF也將滿足用戶更加多元的需求。

UPF經(jīng)歷了多代更迭才發(fā)展到現(xiàn)在，然而用戶在使用UPF的時候出于使用習(xí)慣等原因未必會使用最新版。

在某些情況下，當(dāng)設(shè)計遷移到新標(biāo)準時，屬性規(guī)范可能會導(dǎo)致錯誤，這表明設(shè)計中存在潛在問題，來自Liberty和UPF的信息存在沖突。因此工程師還需要編輯UPF文件并確保在電源意圖中指定了正確的信息集。

多版本導(dǎo)致歧義

IEEE 1801雖然一步步趨于完善，但對用戶的使用也產(chǎn)生了一定的困擾，尤其是各個版本之間存在語義、語法上的歧義甚至是沖突。

而目前市面上常用的EDA工具往往不能很好地兼容各個UPF版本，這也就使得芯片工程師不得不遷就EDA工具。 下面僅舉幾例說明UPF各版本之間的差異。

一． UPF語法上的不一致, 但語義都是一樣的

1） 對電源狀態(tài)表（Power State Table）的支持：

UPF1.0 步驟一：定義supply_ports的電源狀態(tài)

add_port_statevdd1-state{s080.8}-state{offoff}
add_port_statevdd2-state{s090.9}-state{offoff}
add_port_state vss        -state {s0  0}

步驟二：列出supply_ports之間的狀態(tài)關(guān)系

create_pst PST1 -supplies {vdd1 vdd2 vss}
add_pst_state M1 -pst PST1 -state {s08 s09 s0}
add_pst_state M2 -pst PST1 -state {s08 off s0 }

UPF2.0 步驟一：定義supply_sets的電源狀態(tài)

create_supply_set SS1 -function {power vdd1} -function {ground vss}
create_supply_set SS2 -function {power vdd2} -function {ground vss}
add_power_state SS1 -state {on 
     -supply_expr { (power == {FULL_ON 0.8}) && (ground == {FULL_ON 0.0}) }
add_power_state SS2 -state {on 
     -supply_expr { (power == {FULL_ON 0.9}) && (ground == {FULL_ON 0.0}) }

步驟二：列出supply_sets之間的狀態(tài)關(guān)系

add_power_state pd1 -state {m1  -logic_expr {  SS1==on   &&   SS2==on  }}

二． 語義不一致

1）電源域邊界（power domain boundary）的定義不一樣

UPF 1.0中定義僅是upper boundary，UPF 2.0及以上定義包括upper boundary和lower boundary。如下圖, 對于藍色這個power domain來說，在UPF 1.0的定義中，有效的elements是P1、P3。而在UPF 2.0的定義中，有效的elements是P1、P2和P3。



2)option -diff_supply_only的默認值不一樣

在set_level_shifter的command里面有一個option叫做-diff_supply_only。UPF 2.1及以下版本：默認值是false，表示不管source的電源和sink的電源是否是等價，當(dāng)有set_level_shifter這個命令的時候，必須在它的elements上加level shifter cell。后來IEEE標(biāo)準工作委員會認為這不合理，因為只有source和sink的電源不等價時才需要加level shifter cell，因此在UPF 3.0版本里把-diff_supply_only的默認值改成了true。

輕松搞定低功耗設(shè)計，讓你的產(chǎn)品更COOL

市場對低功耗的需求越來越高，不只是便攜設(shè)備的電池需要更長的續(xù)航時間，非便攜設(shè)備也要降低冷卻裝置的成本，不僅如此，功耗近幾年還成為了制約大算力芯片發(fā)展的重要瓶頸之一。隨著社會對環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的重視，越來越多的公司和組織開始采取行動，推動電子設(shè)備的能效，這也將促進IEEE 1801標(biāo)準在芯片設(shè)計中的采用和推廣。 英諾達作為一家本土EDA公司，自創(chuàng)立之初就在低功耗領(lǐng)域積極布局，目前EnFortius“凝鋒”系列低功耗EDA工具已經(jīng)推出了兩款低功耗工具——LPC低功耗設(shè)計驗證工具和GPA門級功耗分析工具。

這兩款工具采用了全新的產(chǎn)品架構(gòu)，為業(yè)界首個基于UPF 3.1版本信息模型搭建核心電源意圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的EDA工具，該數(shù)據(jù)庫功能豐富，可以有效地訪問UPF中描述的任何電源意圖信息。 基于一些歷史原因，在英諾達的系列低功耗EDA工具面世之前，市場上沒有一款工具可以同時支持CPF和早期UPF版本，另外由于標(biāo)準更新速度快，迄今許多大廠也尚未支持最新版中的一些命令和語義。

而英諾達的系列工具兼容了老版本的命令及語義，保證了最大程度的通用性及靈活性用以支持不同客戶的實際需求。 英諾達秉持以客戶需求為導(dǎo)向，幫助客戶實現(xiàn)價值最大化的理念，將持續(xù)在低功耗領(lǐng)域深耕，與客戶一起克服低功耗設(shè)計的難題，為中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)提供更為卓越的EDA解決方案。

審核編輯：劉清