EDA工具里的功耗分析方法（上）
时间：2025-11-17 23:00:48
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在当下的芯片设计中，工艺越先进，芯片规模越大，功耗就越发敏感，降低功耗的诉求越来越紧迫。在小编过往的文章中，有过低功耗设计实现的一些讨论，具体猛戳如下链接：浅谈芯片低功耗的设计实现（上）浅谈芯片低功耗的设计实现（下）
优化一定是建立在计算和数据的基础上的，那么对于EDA而言，功耗是怎么算出来的呢？今天，就让小编带领大家一起从EDA的视角，来洞察功耗计算的零零总总。
开篇之前，先复习一下功耗的计算公式：
注解
注释：SDPD是一种瞬态值。在芯片常规的工作中，某一时刻，芯片是某一种固定的SDPD，所以一个芯片的实际工作状态（功耗）是由各种SDPD按照出现的比率描述的一个完备值（各种SDPD出现概率总和是100%）
据上，器件的功耗的相关性可以用如下的表格来归类
EDA工具提供了相应的信息和抽取方式来拟合library的描述。以常用的DC工具里的report_power命令为例，工具会罗列出下面的功耗信息：
表头解析：
DC也会把器件分类进行功耗报告打印：
对于器件的分类方法见下表：
通常，report_power默认行为是打印类似上述的芯片功耗的总和结果，这些都是每一个器件单独功耗的合计值，当然，也可以使用一些选项打印出某一个cell或者net或的功耗细节。
但是通常不太会这么做，因为去看每一个cell或者net的功耗意义并不很大，反而是找到芯片里边的最差功耗的cell或者net会比较有趣（设计里的功耗大户）。
譬如关心cell的动态功耗，这时可以使用下列命令来罗列：
如果用户对功耗最大的cell比较感兴趣，可以使用-verbose的选项
罗列出更多的细节：
类似的也可以针对net类型进行sort、verbose的报告。
对于internal power，其在在library里的描述是pin based的
在report_power命令里边，internal power被整合为cell类型，但是本质上就是所有pin在SDPD下的总和表达。为了方便表达，工具使用了上述三种对象对功耗进行了分拆，总结如下
可以看出，EDA工具为了简化对功耗的核算，使用了归一化的操作，这样可以大大减少报告数量和歧义，这个对library的诉求也是得到了一致限于篇幅。上文提到的SDPD、toggle rate和state probability等和功耗计算细节相关的属于，放在下一篇文章中讨论，敬请期待。
优化一定是建立在计算和数据的基础上的，那么对于EDA而言，功耗是怎么算出来的呢？今天，就让小编带领大家一起从EDA的视角，来洞察功耗计算的零零总总。
开篇之前，先复习一下功耗的计算公式：
注解
EDA对功耗评估的分类
基于上述功耗的计算理论，为了方便计算，EDA工具对功耗的评估分为如下几类基于library非功耗的信息，计算功耗
基于SDPD的功耗查看
leakage power可以基于SDPD，直接查看library获取功耗- 基于器件输入状态进行功耗查看：器件状态决断SDPD （Status Dependency Path Dependency）
- library同时提供默认的leakage power的功耗信息
基于SDPD和pin的属性查找表
internal power可以基于SDPD和input/outputl 的RC属性查找表来获取- 基于SDPD的数据查询
- input pin：基于input transiton的查找表
- output pin：基于input transiton和output cap的查找表
- cel的internal power是所有pin在SDPD下的总和
注释：SDPD是一种瞬态值。在芯片常规的工作中，某一时刻，芯片是某一种固定的SDPD，所以一个芯片的实际工作状态（功耗）是由各种SDPD按照出现的比率描述的一个完备值（各种SDPD出现概率总和是100%）据上，器件的功耗的相关性可以用如下的表格来归类
EDA的功耗计算示例
EDA工具提供了相应的信息和抽取方式来拟合library的描述。以常用的DC工具里的report_power命令为例，工具会罗列出下面的功耗信息：
DC也会把器件分类进行功耗报告打印：
对于器件的分类方法见下表：
通常，report_power默认行为是打印类似上述的芯片功耗的总和结果，这些都是每一个器件单独功耗的合计值，当然，也可以使用一些选项打印出某一个cell或者net或的功耗细节。但是通常不太会这么做，因为去看每一个cell或者net的功耗意义并不很大，反而是找到芯片里边的最差功耗的cell或者net会比较有趣（设计里的功耗大户）。
譬如关心cell的动态功耗，这时可以使用下列命令来罗列：
如果用户对功耗最大的cell比较感兴趣，可以使用-verbose的选项
罗列出更多的细节：
类似的也可以针对net类型进行sort、verbose的报告。
cell、net和pin的功耗归一化：
从上文描述中可以看到，net会描述switching power，cell对标的则是internla power和leakage power。但是工具在产生报告的时候，无论是net还是cell都会把三类功耗打印完全，这里是使用output pin对应的net来做的cell、net归一化处理对于internal power，其在在library里的描述是pin based的
在report_power命令里边，internal power被整合为cell类型，但是本质上就是所有pin在SDPD下的总和表达。为了方便表达，工具使用了上述三种对象对功耗进行了分拆，总结如下可以看出，EDA工具为了简化对功耗的核算，使用了归一化的操作，这样可以大大减少报告数量和歧义，这个对library的诉求也是得到了一致限于篇幅。上文提到的SDPD、toggle rate和state probability等和功耗计算细节相关的属于，放在下一篇文章中讨论，敬请期待。
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