动态功耗计算

CMOS管功耗 = 动态功耗 + 静态功耗

动态功耗有两种表述，两种表述的区别之处在于：把对管子内部电容充放电消耗的功耗归于谁，第一种表述常见于理论分析，第二种表述常见于EDA工具功耗计算。

第一种表示：

• 动态功耗 = 开关功耗 + 短路功耗

开关功耗：指管子在翻转过程中对『相关电容』进行充放电消耗的功耗，此处『相关电容』包含管子内部结点电容和负载电容。

短路功耗：指管子在翻转过程中，PMOS和NMOS同时导通，从电源VDD到地VSS之间短路通路消耗的功耗。

第二种表示：

 动态功耗 =  负载功耗  +  内部功耗

负载功耗：指管子在翻转过程中对『负载电容』进行充放电消耗的功耗。

内部功耗：指管子在翻转过程中，对内部结点电容进行充放电消耗的功耗及短路电流消耗的功耗。

EDA工具计算动态功耗时，会分别计算内部功耗和负载功耗。

• 内部功耗：当前方法学将内部功耗模拟成输入transition跟输出负载 (load capacitance) 的函数，foundry会将每个管子的内部功耗定义在library中，常见的是二维表格，index是(input transition, output load cap)，偶尔也有三维表格，index是(input transition, output load cap, second output load cap)。

在library中会分别定义cell的rise_power 和fall_power。通常，在90nm之后对每个cell 会根据每个输入pin的状态和每条timing arc分别定义内部功耗，即所谓的：path dependencies internal power。库一定的情况下，每个EDA工具的计算公式应该大差不差，此处以Genus的计算公式为例：

• TR 指一个arc 或pin上有效的toggle rate. arcij 的有效toggle rate取决于该arc被激活的概率 (probability) 和对应输入pin 的toggle rate。

• Φ 是从library中查表得到的internal power值。 

• Si 是致输出发生翻转的输入pin的transition。 

• Cj是输出pin的负载电容。

例：以2输入的与门为例，上述library片段中定义了A1 pin到Z pin的内部功耗，假设A1的transition是18ps, Z的load是0.336pf, A1的total rate 是0.5, probability是1，因为在library中transition index没有18ps，需要在12和24ps之间做插值，则该与门的内部功耗为：

toggle_rateA1 × probabilityA1 → Z × ΦA1 → Z(0.0018, 0.336) 

=0.5 × rise_power(0.0018, 0.336 ) + 0.5 × fall_power(0.0018, 0.336 ) 

= 0.5 × 0.0061 + 0.5 × 0.0059 

负载功耗：此处的负载包括这个cell 驱动的所有net 和所有sink cell输入pin的电容，其计算公式为：

• CL 是负载电容 = sum(capacitances of the net,  input pins driven by the net). 在genus里可以通过attribute pin_capacitance 和 wire_capacitance 得到对应的值。

• V 是工作电压。 

• TR 是toggle rate.

原文：https://www.cnblogs.com/lelin/p/11410087.html