芯?？萍糃SCE2010 的低功耗 IO設(shè)計(jì)

移動(dòng)電子設(shè)備通常都是內(nèi)嵌電池供電，設(shè)備的使用/待機(jī)時(shí)間時(shí)刻影響著用戶體驗(yàn)。而低功耗的芯片設(shè)計(jì)，能夠極大的降低電子設(shè)備的系統(tǒng)功耗，是提升設(shè)備續(xù)航能力的關(guān)鍵。

芯?？萍?/u>CSCE2010是一款專為主流消費(fèi)級(jí)筆記本市場(chǎng)打造的32位高性能EC芯片，具有高擴(kuò)展性、低功耗和開(kāi)發(fā)便捷性的產(chǎn)品特點(diǎn)，已通過(guò)英特爾PCL（平臺(tái)器件列表）認(rèn)證，以其出色的低功耗IO設(shè)計(jì)，為筆記本電腦帶來(lái)更長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間。

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MCU 低功耗設(shè)計(jì)

芯片的實(shí)質(zhì)是由邏輯門(mén)構(gòu)成的復(fù)雜電路網(wǎng)絡(luò)。探討芯片功耗時(shí)，我們通常將芯片功耗區(qū)分為兩種主要類型：靜態(tài)功耗和動(dòng)態(tài)功耗。

靜態(tài)功耗，主要由 COMS 電路中器件的漏電流所引起。采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝技術(shù)，能夠有效降低靜態(tài)功耗。

動(dòng)態(tài)功耗，則與芯片器件在工作時(shí)的電能消耗密切相關(guān)。例如當(dāng)電路中的信號(hào)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，就會(huì)產(chǎn)生短路功耗。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)元件對(duì)負(fù)載電容進(jìn)行充放電時(shí)也會(huì)產(chǎn)生功耗。這種功耗隨著芯片工作狀態(tài)而變化，因此優(yōu)化動(dòng)態(tài)功耗需要從電路了設(shè)計(jì)、工作頻率、電壓等方面綜合考慮。

功耗構(gòu)成：靜態(tài)功耗與動(dòng)態(tài)功耗

為了降低上述兩種功耗，需運(yùn)用優(yōu)化時(shí)鐘管理、電源管理、設(shè)計(jì)多種低功耗工作模式，以及通過(guò)軟件優(yōu)化來(lái)減少不必要的計(jì)算和中斷，從而達(dá)到降低整體功耗的目的。

1. 時(shí)鐘管理

●多時(shí)鐘域，將不同功能模塊設(shè)置在不同頻率的時(shí)鐘域

●時(shí)鐘調(diào)節(jié)，根據(jù)工作負(fù)載動(dòng)態(tài)調(diào)整時(shí)鐘頻率

●時(shí)鐘門(mén)控，在空閑時(shí)關(guān)閉不需要工作模塊的的時(shí)鐘

2. 電源管理

●多電源域設(shè)計(jì)，獨(dú)立控制不同模塊的電源

●動(dòng)態(tài)電壓頻率縮放(DVFS)，根據(jù)負(fù)載動(dòng)態(tài)調(diào)整電壓和頻率

●降低內(nèi)核工作電壓、IO輸出電壓

3. 低功耗模式

●空閑模式，在CPU空閑時(shí)進(jìn)入低功耗狀態(tài)

●睡眠模式，在系統(tǒng)大部分單元不工作時(shí)切換到極低功耗狀態(tài)

●掉電模式，保留最少的電路在運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)超低功耗

4. 軟件優(yōu)化

●避免冗長(zhǎng)/無(wú)效的計(jì)算

●合理使用中斷,避免不必要的中斷

●采用低功耗編碼算法

根據(jù)基礎(chǔ)的物理原理，電路的功率與流經(jīng)電路的電壓和電流的乘積成正比。然而，芯片的動(dòng)態(tài)功耗受多個(gè)因素影響，不僅僅局限于電壓和電流，其動(dòng)態(tài)功耗的計(jì)算公式可簡(jiǎn)化如下：P=C*f*N*V2。

其中：

● C：代表結(jié)點(diǎn)電容

● f ：表示器件工作頻率

● N：是在單時(shí)鐘周期內(nèi)翻轉(zhuǎn)的器件數(shù)目

● V：代表器件的工作電壓

因此可見(jiàn)，通過(guò)降低芯片內(nèi)核的工作電壓，可以有效降低芯片的功耗。同理，芯片對(duì)外的IO 輸出驅(qū)動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生功耗，因此降低 IO 驅(qū)動(dòng)電流同樣能有效降低芯片的整體功耗。

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CSCE2010的低功耗IO設(shè)計(jì)

2023年9月， Intel發(fā)布了Meteor Lake架構(gòu)的CPU ，該架構(gòu)在低功耗設(shè)計(jì)領(lǐng)域做出了很多改進(jìn)，其中IO接口已全面升級(jí)為1.8V，這一重要改進(jìn)為降低系統(tǒng)功耗做出了顯著貢獻(xiàn)。

芯?？萍糃SCE2010作為一款高度集成、兼容性能出色的 EC 產(chǎn)品，在設(shè)計(jì)上展現(xiàn)了其獨(dú)特的創(chuàng)新。在對(duì)外連接的IO方面， 采用了獨(dú)立電源域設(shè)計(jì)，使得它在接入不同電壓需求的平臺(tái)時(shí)，都能游刃有余地應(yīng)對(duì)。

當(dāng)與Meteor Lake 平臺(tái)1.8V的IO接口相連時(shí)，CSCE2010能夠支持1.8V 輸入輸出（推挽輸出），而且無(wú)需借助外部上拉電阻，從而大大簡(jiǎn)化了接口電路，不僅提升了設(shè)備的電氣性能，還降低了能耗。
更為出色的是，如果需要將CSCE2010連接到其他使用3.3V IO的CPU平臺(tái)，它同樣可以輕松應(yīng)對(duì)。產(chǎn)品可以靈活的切換為 3.3V的輸入輸出（推挽輸出）模式，并且也無(wú)需外部上拉電阻。從而增強(qiáng)了產(chǎn)品的通用型和適應(yīng)性，滿足多樣化的應(yīng)用場(chǎng)景需求。
CSCE2010獨(dú)特的 IO 電源設(shè)計(jì)，不僅展現(xiàn)了其優(yōu)秀的靈活性與兼容性，更在實(shí)際應(yīng)用中為客戶帶來(lái)了顯著便利。通過(guò)減少硬件設(shè)計(jì)中的互聯(lián)線路復(fù)雜性，幫助客戶簡(jiǎn)化了整體設(shè)計(jì)流程，同時(shí)降低了物料清單（BOM ）成本，從而為客戶創(chuàng)造了更多的價(jià)值。

目前，該EC產(chǎn)品已經(jīng)成功導(dǎo)入各類CPU平臺(tái)項(xiàng)目，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用充分驗(yàn)證了其廣泛的兼容性。

除此之外，CSCE2010還集成了 I2C、SPI、UART、I3C、TIMER、eSPI 等豐富外設(shè)接口?？紤]到不同外設(shè)工作需要的頻率不同，芯片創(chuàng)新地采用多級(jí) PLL 分頻設(shè)計(jì)，以確保在滿足各種外設(shè)最小頻率要求的同時(shí)，最大限度地降低芯片運(yùn)行功耗。其次，為了更好地滿足PC系統(tǒng)在不同使用場(chǎng)景下的低功耗需求，CSCE2010還設(shè)計(jì)了Sleep、 DeepSleep 兩種低功耗模式，進(jìn)一步提升效能表現(xiàn)。

芯?？萍际冀K將技術(shù)創(chuàng)新視為驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)發(fā)展的核心力量，致力于構(gòu)建以EC為核心，橫向拓展至PD、HUB、BMS、HapticPad等多元化計(jì)算外圍產(chǎn)品的PC生態(tài)。

未來(lái)，芯海科技將持續(xù)加強(qiáng)和完善PC系列產(chǎn)品的戰(zhàn)略布局。通過(guò)PC生態(tài)產(chǎn)品的系列化、平臺(tái)化創(chuàng)新，為全球PC供應(yīng)鏈注入更多活力，為客戶提供更具競(jìng)爭(zhēng)力特性的PC產(chǎn)品。