【读书笔记·VLSI电路设计方法解密】问题64：什么是芯片的功耗分析

低功耗设计是一种针对VLSI芯片功耗持续攀升问题的设计策略。随着工艺尺寸微缩，单颗芯片可集成更多元件，导致功耗相应增长。更严峻的是，现代芯片工作频率较二十年前大幅提升，而功耗与频率呈正比关系。因此，芯片功耗突破数十瓦甚至上百瓦已成为常态，由此产生的散热问题构成重大挑战。另一方面，依赖电池供电的移动应用设备迫切需要低功耗设计来延长续航时间。

这些因素使得低功耗设计从次要问题转变为核心课题。当前面临的关键挑战在于：如何在显著降低芯片功耗的同时，不明显牺牲其性能表现。

芯片功耗分析是应对这一挑战的重要环节。该分析基于电路拓扑结构、工作频率、节点开关模式及物理版图，评估芯片或功能模块的能耗情况。理论上，应采用SPICE等晶体管级仿真器进行精确分析，但受限于仿真器容量，实际设计中通常采用专用功耗分析工具。这些工具基于标准单元和宏模块的功耗模型进行运算，要获得可靠结果，用户必须提供精确的工作频率和节点开关活动数据。