JP6727907B2 - Semiconductor integrated circuit and control method thereof - Google Patents
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Description
本発明は半導体集積回路の動作周波数の制御に関するものである。 The present invention relates to controlling the operating frequency of a semiconductor integrated circuit.
半導体プロセス技術の進化に伴い、システムLSIの高速化、高機能化が進んでいる。システムLSIの高速化、高機能化は、集積されるトランジスタ数の増加、入出力ピンの増加、動作周波数の向上につながり、システムLSIの消費電流の増加に直結する。システムLSIにあるトランジスタの動作によって消費電流が増加すれば、それに伴う電源電圧の変動量が増加し、電源電圧の変動によってLSI自身が誤動作するリスクが高まっている。 With the progress of semiconductor process technology, system LSIs are becoming faster and more sophisticated. Increasing the speed and functionality of the system LSI leads to an increase in the number of integrated transistors, an increase in input/output pins, and an increase in operating frequency, which directly leads to an increase in current consumption of the system LSI. If the current consumption increases due to the operation of the transistor in the system LSI, the fluctuation amount of the power supply voltage accompanying it increases, and the risk that the LSI itself malfunctions due to the fluctuation of the power supply voltage increases.
また、半導体素子が微細化されると、素子特性を維持するため動作電圧を下げる必要がある。低電圧化の流れは、省電力化の観点からは好ましい、電圧変動の許容範囲という電圧変動耐性という観点からみると好ましくない。その理由は、低電圧化が進むと電圧変動の許容範囲に許されるマージン量が減少するため、従来と同じレベルの電圧の変動でも半導体素子が誤動作するリスクが高まるからである。 Further, when the semiconductor element is miniaturized, it is necessary to lower the operating voltage in order to maintain the element characteristics. The flow of lowering the voltage is preferable from the viewpoint of power saving and is not preferable from the viewpoint of voltage fluctuation tolerance, which is an allowable range of voltage fluctuation. The reason for this is that as the lowering of the voltage advances, the margin amount allowed in the allowable range of voltage fluctuation decreases, so that the risk of malfunction of the semiconductor element increases even if the voltage fluctuation is at the same level as in the conventional case.
このような消費電流の増加に伴う電源電圧の変動量の増加と半導体素子の低電圧化に伴う電圧変動耐性の低下を受け、システムLSIの設計では電源電圧の変動を抑制することが必要不可欠となる。 Due to the increase in the fluctuation amount of the power supply voltage due to the increase of the consumption current and the reduction of the voltage fluctuation resistance due to the lower voltage of the semiconductor element, it is essential to suppress the fluctuation of the power supply voltage in the design of the system LSI. Become.
電源電圧の変動を抑制する対策として、半導体集積回路の動作周波数から電源インピーダンスの共振周波数が離れるように、電源インピーダンスを切り替える方法が知られている。例えば、特許文献1では、電源電圧をモニタし、電源電圧の変動に基づいて、電源インピーダンスを切り替えて、半導体集積回路の動作周波数と電源インピーダンスの共振周波数とが重ならないようにする。
As a measure for suppressing the fluctuation of the power supply voltage, there is known a method of switching the power supply impedance so that the resonance frequency of the power supply impedance is separated from the operating frequency of the semiconductor integrated circuit. For example, in
さらに、近年、PSO(Power Shut Off)などの省電力技術が使用され始めている。PSO技術を適用すると、LSIのリーク電力を削減できるため省電力化を図ることができる。PSO技術を適用すると、LSI内部に存在する使用しない個々の回路ブロックに対して電力供給を遮断し、電力供給の遮断された回路ブロックは電源と非導通状態になる。電力供給の遮断された回路ブロックを使用する時は、電力を再び供給するために、回路ブロックと電源との非導通状態を導通状態に切り替える。この切り替えは、LSIの動作に応じて頻繁に実施され、切り替え前後で、主電源に繋がる電源メッシュ数、トランジスタ数、デキャップ数が異なるため、LSIのインピーダンス特性が変動し、LSIのインピーダンスの共振周波数が動的に変動する。 Furthermore, in recent years, power saving technologies such as PSO (Power Shut Off) have begun to be used. When the PSO technology is applied, it is possible to reduce the leak power of the LSI and thus save power. When the PSO technique is applied, the power supply to each unused circuit block inside the LSI is cut off, and the circuit block of which the power supply is cut off becomes non-conductive with the power supply. When the circuit block whose power supply is cut off is used, the non-conduction state between the circuit block and the power supply is switched to the conduction state in order to supply the electric power again. This switching is frequently performed according to the operation of the LSI. Before and after the switching, the number of power supply meshes connected to the main power supply, the number of transistors, and the number of decaps are different, so the impedance characteristics of the LSI fluctuate and the resonance frequency of the impedance of the LSI Fluctuates dynamically.
特許文献1では、電源のインピーダンスを変更するため、可変容量素子など挿入することで、インピーダンスの共振周波数を動作周波数から離れるようにインピーダンスを制御する。しかしながら、PSOなどの省電力技術を適用すると、インピーダンスそのものが動的に変化してしまうため、特許文献1の方法では、意図的にインピーダンスの共振周波数と動作周波数とを異ならせることができない。
In
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、LSIのインピーダンスの共振周波数と異なる動作周波数のクロックを回路ブロックに供給する半導体集積回路を提供することを目的とする。また、その半導体集積回路の制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit that supplies a clock having an operating frequency different from the resonance frequency of the impedance of the LSI to the circuit block. Another object is to provide a method for controlling the semiconductor integrated circuit.
上述の課題を解決するために、本発明に係る半導体集積回路は、以下の構成を有する。すなわち、それぞれの前記回路ブロックを、前記電力供給手段との導通状態又は非導通状態に切り替えるスイッチと、前記複数の回路ブロックのうち、前記電力供給手段と導通状態にある回路ブロックの組み合わせに対応する、前記半導体集積回路のインピーダンスの共振周波数を記憶する記憶手段と、前記スイッチによって前記導通状態又は前記非導通状態に切り替えられた前記回路ブロックの組み合わせに対応する前記インピーダンスの共振周波数を前記記憶手段から取得する取得手段と、前記取得手段によって取得された前記インピーダンスの共振周波数と異なる動作周波数のクロックを生成して、前記回路ブロックへ供給する生成手段と、を有する。 In order to solve the above problems, the semiconductor integrated circuit according to the present invention has the following configuration. That is, it corresponds to a combination of a switch that switches each of the circuit blocks to a conductive state or a non-conductive state with the power supply unit, and a circuit block of the plurality of circuit blocks that is in a conductive state with the power supply unit. From the storage means, a resonance frequency of the impedance corresponding to a combination of storage means for storing the resonance frequency of the impedance of the semiconductor integrated circuit and the circuit block switched to the conducting state or the non-conducting state by the switch is provided. It has an acquisition means for acquiring, and a generation means for generating a clock having an operating frequency different from the resonance frequency of the impedance acquired by the acquisition means and supplying the clock to the circuit block.
本発明によれば、PSOなどの省電力技術を適用するLSIにおいても、LSIのインピーダンスの共振周波数と異なる動作周波数のクロックを回路ブロックに供給することができる。 According to the present invention, even in an LSI to which a power saving technique such as PSO is applied, a clock having an operating frequency different from the resonance frequency of the impedance of the LSI can be supplied to the circuit block.
<第1の実施形態>
図1(a)は、本実施形態に関わるシステムLSI(以下、「半導体集積回路111」と記載する)の構成の一例を説明するための図である。半導体集積回路111は、画像処理、圧縮伸長処理、暗号復号処理、通信処理などの多数の機能が集積された回路である。
<First Embodiment>
FIG. 1A is a diagram for explaining an example of the configuration of a system LSI (hereinafter, referred to as “semiconductor integrated
以下、半導体集積回路111の構成及び動作について簡潔に説明する。
The configuration and operation of the semiconductor integrated
第一回路ブロック109、第二回路ブロック110、第N回路ブロック113は、それぞれ、画像処理、圧縮・伸長処理、暗号・復号処理、通信処理などの多数の機能を実現する回路である。
The
第一パワースイッチ107、第二パワースイッチ108、第Nパワースイッチ112は、それぞれ第一回路ブロック109、第二回路ブロック110、第N回路ブロック113に供給される電力のON/OFFを切り換える素子群である。それぞれのパワースイッチはそれぞれの回路ブロックと電力供給部との導通状態又は非導通状態を切り替えることによって、回路ブロックに供給される電力のON/OFFを切り換える。
The
省電力管理部101は、システム制御部102からの省電力命令を受けた後、電力供給部104に対して制御命令を送信し、電力供給部104が半導体集積回路111に供給する動作電圧を制御する。また、省電力管理部101が第一パワースイッチ107、第二パワースイッチ108、第Nパワースイッチ112を制御する。第一パワースイッチ107、第二パワースイッチ108や第Nパワースイッチ112は、電力供給部104が供給した電力を第一回路ブロック109、第二回路ブロック110、第N回路ブロック113に導通させるか否かを切り換える。
After receiving the power saving command from the
また、不揮発性メモリ(ROM)などの記憶部103は、パワーモード−共振周波数対応表を格納する(記憶する)。パワーモード−共振周波数対応表には半導体集積回路のインピーダンスの共振周波数に関する情報が格納されている。クロック生成部105は、インピーダンスの共振周波数と異なる動作周波数のクロックを生成して、回路ブロックに供給する。
The
図1(b)は、本実施形態に関わる半導体集積回路111の構成の別例を説明するための図である。ここで、図1(b)に示す構成と図1(a)に示す構成とが同じである部分についての説明を省略する。図1(b)に示す構成では、クロック生成部105が動作周波数の異なる複数のクロックを生成し、クロック選択部106が、複数のクロックからインピーダンスの共振周波数と異なる動作周波数のクロックを選択して、回路ブロックに供給する。すなわち、図1(a)に示す半導体集積回路111はクロックを生成して回路ブロックに供給するが、図1(b)に示す半導体集積回路111は予め生成された複数のクロックからクロックを選択して回路ブロックに供給する。以降、図1(a)に示す半導体集積回路111を中心に本実施形態を説明するが、図1(b)に示す半導体集積回路111でも実施できることが明らかである。
FIG. 1B is a diagram for explaining another example of the configuration of the semiconductor integrated
図2は、電力供給部104から半導体集積回路111までに電源を供給する回路を簡易的にRLGCの等価回路モデルで模式した図である。電力供給部104で供給された電力の動作電圧の品質を担保するためにプリント基板上に低周波・高周波対応の2段構成のバイパスコンデンサが通常配置されることが多い。そのため、図2のプリント基板上に2つのコンデンサを付加している。また、プリント基板上で除去しきれないさらなる高周波ノイズを除去するためには、半導体パッケージ上にバイパスコンデンサを配置、半導体集積回路111の内部にオンダイデキャップを挿入するといった対応が図られる。そのため図2にそれらの要素も盛り込んでいる。また図2で直列に配置されている抵抗、インダクタンスは、配線やViaが有する寄生抵抗、寄生インダクタンスを示す。並列に配置されているコンデンサ、インダクタンスは、バイパスコンデンサとバイパスコンデンサが有する寄生インダクタンスを表している。
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a circuit that supplies power from the
図3は、図2のバイパスコンデンサの周波数−インピーダンス特性を示す図である。バイパスコンデンサは本来、電源電圧の変動を抑制するために、インピーダンスを下げる役割として使用される。しかしながら、一定の周波数を超えるとパイパスコンデンサや配線が有する寄生インダクタンスの影響が顕著になり、インピーダンスを本来の役割とは逆に高くする方向に働く。図3のグレイ線が、容量が1000pF、インダクタンスが0.1nHである場合のバイパスコンデンサのインピーダンス特性を示す。 FIG. 3 is a diagram showing frequency-impedance characteristics of the bypass capacitor of FIG. Bypass capacitors are originally used to reduce impedance in order to suppress fluctuations in power supply voltage. However, when the frequency exceeds a certain frequency, the influence of the parasitic inductance of the bypass capacitor and the wiring becomes remarkable, and the impedance is increased in the opposite direction to the original role. The gray line in FIG. 3 shows the impedance characteristic of the bypass capacitor when the capacitance is 1000 pF and the inductance is 0.1 nH.
図4(a)は、図3のインピーダンス特性をもつバイパスコンデンサを複数種使用したときのインピーダンス特性を模式的に示した図である。図4(a)では、容量素子Aと容量素子Bそれぞれのインピーダンス曲線を点線で示し、その合成インピーダンスを実線で示している。 FIG. 4A is a diagram schematically showing impedance characteristics when a plurality of types of bypass capacitors having the impedance characteristics of FIG. 3 are used. In FIG. 4A, the impedance curves of the capacitive element A and the capacitive element B are shown by dotted lines, and their combined impedances are shown by solid lines.
一般に、図4(a)に示す共振はプリント基板、半導体パッケージ、半導体集積回路それぞれの直列に存在する寄生インダクタンスとバイパスコンデンサによって引き起こされ、共振が起きる周波数は直列共振周波数である。図4(a)に示す反共振は、並列に配置されたバイパスコンデンサと寄生インダクタンスによって引き起こされ、反共振が起きる周波数は並列共振周波数である。本実施形態では、直列共振周波数と並列共振周波数とを含めて共振周波数と称する。図4(a)の実線の共振ポイントは容量素子Aと容量素子Bそれぞれの直列共振によって引き起こされて、反共振ポイントは容量素子Aと容量素子Bの並列共振によって引き起こされる。 Generally, the resonance shown in FIG. 4A is caused by a parasitic inductance and a bypass capacitor existing in series in each of the printed circuit board, the semiconductor package, and the semiconductor integrated circuit, and the resonance frequency is the series resonance frequency. The anti-resonance shown in FIG. 4A is caused by a bypass capacitor and a parasitic inductance arranged in parallel, and the frequency at which the anti-resonance occurs is the parallel resonance frequency. In the present embodiment, the series resonance frequency and the parallel resonance frequency are collectively referred to as a resonance frequency. The resonance point indicated by the solid line in FIG. 4A is caused by the series resonance of the capacitive element A and the capacitive element B, and the anti-resonance point is caused by the parallel resonance of the capacitive element A and the capacitive element B.
LSI内の使用しない回路ブロックへの電源供給を遮断するPSOという省電力技術を適用すると、電源に接続される容量素子と寄生インダクタンスとが変動するため、図4(b)に示すように、インピーダンス特性(共振周波数)が変化する。図4(b)にある点線は、一部の回路ブロックへの電源供給を遮断した場合のインピーダンス特性を示し、図4(b)にある実践は、回路ブロックへの電源供給を遮断していない場合のインピーダンス特性を示す。なお、図4(b)に示すインピーダンス特性の変化は一例である。 When a power saving technique called PSO that cuts off power supply to an unused circuit block in the LSI is applied, the capacitive element connected to the power supply and the parasitic inductance fluctuate, so that impedance as shown in FIG. The characteristic (resonance frequency) changes. The dotted line in FIG. 4B shows the impedance characteristic when the power supply to some circuit blocks is cut off, and the practice in FIG. 4B does not cut off the power supply to the circuit blocks. The impedance characteristic in the case is shown. The change in the impedance characteristic shown in FIG. 4B is an example.
続いて、半導体集積回路111の詳細な構成・動作について図5を用いて具体的に説明する。図5は半導体集積回路111を物理的な視点で示した図である。本実施形態では、第一回路ブロック109や第二回路ブロック110などの回路ブロックの数を25個として説明をする。また、省電力管理部101、システム制御部102、クロック生成部105、クロック選択部106、パワーモード−共振周波数対応表を記憶する記憶部103は、図5のチップトップブロック501に含まれているものとする。また第一パワースイッチ107、第二パワースイッチ108などのパワースイッチに関しては、図中に表現していないが、一般に電源の遮断対象となる回路ブロックの周囲に置かれることが多い。例えば、第1回路ブロック109と電力供給部104との導通・非導通を切り換えるパワースイッチは図中で第1回路ブロック109と示されているブロックの周囲に置かれる。なお、本実施形態では回路ブロックの数を25個と設定したがその数に特に制限はない。
Next, the detailed configuration and operation of the semiconductor integrated
図6は、半導体集積回路111が処理を進める上での各回路ブロックの電源のON/OFF状態のパワーモードを示した図である。なお、図6は本実施形態でのパワーモードの一例であって、ON/OFF状態の組み合わせを図6で網羅して示しているわけではない。二つの回路ブロックの電源がON状態となる例として、図6で示したパワーモード4では、第一回路ブロックと第二回路ブロックとの二つの回路ブロックの電源がON状態であって、その他の回路ブロックの電源がOFF状態である。二つの回路ブロックの電源がON状態となる別の例として、図6で示していないが、第二回路ブロックと第十一回路ブロックとの二つの回路ブロックの電源がON状態であって、その他の回路ブロックの電源がOFF状態であるパワーモードがある。
FIG. 6 is a diagram showing a power mode in which the power supply of each circuit block is in the ON/OFF state when the semiconductor integrated
各回路ブロックの電源のON/OFF状態の制御は、システム制御部102の命令に基づき、省電力管理部101が制御する。基本は半導体集積回路111の処理に必要な回路ブロックのみが電源ON状態に、処理に必要のない回路ブロックは電源OFF状態になるよう制御される。
The power
図7は、半導体集積回路111の各回路ブロックが電源ON状態のときと電源OFF状態のときとの半導体集積回路111を示したイメージ図である。通常、各回路ブロックの電源がON状態のときは、半導体集積回路111の全面に張り巡らされている電源メッシュとデキャップセル(容量セル)とにより、半導体集積回路全体のインピーダンスは低くなるように設計される。ただし、一部の回路ブロックが電源OFF状態になると、遮断回路ブロック周辺の電源メッシュとデキャップセル(容量セル)とが、全体に張り巡らされている電源メッシュから切り離されてしまうため、その分半導体集積回路全体のインピーダンスが高くなる。直感的イメージとしては図7で示されるグレイで塗りつぶされた箇所が全体の電源メッシュからくりぬかれるイメージである。チップトップブロックを除く回路ブロックの電源OFF状態の方が電源ON状態に対して、半導体集積回路111のインピーダンスは高くなる。
FIG. 7 is an image diagram showing the semiconductor integrated
図8は、半導体集積回路111の記憶部103に記憶されるパワーモード−共振周波数対応表の一部であり、具体的には、図6で示したパワーモード1、パワーモード2、パワーモード7の時のインピーダンスの共振周波数(共振点・反共振点)を示す。パワーモード−共振周波数対応表の共振周波数の値は、実機評価或いはシミュレーションにより求めたものである。
FIG. 8 is a part of the power mode-resonance frequency correspondence table stored in the
パワーモード毎に半導体集積回路のインピーダンスの共振周波数が変動するため、パワーモード−共振周波数対応表にはパワーモード毎に対応する共振周波数テーブルを有する。ただし、異なるパワーモードにおいても共振周波数が同じ、あるいはほぼ同等となる場合は、それらのパワーモードに対して共通の対応表を用いることも可能である。また、図8に表示していないが、パワーモード−共振周波数対応表に、それぞれの共振周波数の2分の1の周波数や共振周波数の3分の1の周波数が含まれてもよい。 Since the resonance frequency of the impedance of the semiconductor integrated circuit varies for each power mode, the power mode-resonance frequency correspondence table has a resonance frequency table corresponding to each power mode. However, if the resonance frequencies are the same or almost the same in different power modes, it is possible to use a common correspondence table for those power modes. Although not shown in FIG. 8, the power mode-resonance frequency correspondence table may include a half frequency of each resonance frequency and a one-third frequency of each resonance frequency.
図9は、本実施形態で回路ブロックに供給するクロックの動作周波数と動作電圧との例を示した表である。各回路ブロックに対して供給するクロックの動作周波数は、各回路ブックで処理要求が高速処理か、それとも低速処理で十分かに応じて、所定の動作周波数の範囲がある。それぞれの動作周波数の範囲に対応する複数の処理モードが事前に設定されている。本実施形態では、超高速モード、高速モード、通常モード、低速モード、超低速モードおよび電源遮断モードの6段階の処理モードを用意した。処理モードの数を増やせばより細かい粒度で省電力制御を実現できる。しかし、やたらに処理モードを増やし過ぎるとシステム制御が複雑になり、システム性能を劣化させてしまう。そのため、性能を劣化させず、省電力効果が望める粒度の処理モード数を予め見積もっておく必要がある。 FIG. 9 is a table showing an example of operating frequencies and operating voltages of clocks supplied to the circuit blocks in this embodiment. The operating frequency of the clock supplied to each circuit block has a predetermined operating frequency range according to whether each circuit book requires high-speed processing or low-speed processing. A plurality of processing modes corresponding to respective operating frequency ranges are preset. In this embodiment, a six-step processing mode including an ultra-high speed mode, a high speed mode, a normal mode, a low speed mode, an ultra low speed mode, and a power cutoff mode is prepared. If the number of processing modes is increased, power saving control can be realized with a finer granularity. However, if the number of processing modes is excessively increased, system control becomes complicated and system performance deteriorates. Therefore, it is necessary to estimate in advance the number of processing modes with the granularity that can achieve the power saving effect without degrading the performance.
省電力管理部101は、各回路ブロックに設定された処理モードの周波数範囲から、図8のパワーモード−共振周波数対応表を参照した上で、インピーダンスの共振周波数と異なる回路ブロックの動作周波数を生成するようにクロック生成部105に指示する。ここで、消費電力を抑えるために、各回路ブロックに設定された処理モードの周波数範囲の下限値の周波数に一番近い動作周波数のクロックを生成することが望ましい。
The power
また、電力供給部106はクロックの動作周波数に対応する動作電圧を回路ブロックに供給するように電圧を制御する。図9は各処理モードでの動作周波数と共に、それぞれの動作周波数に対応する動作電圧の例を示す。なお、回路ブロックの動作周波数は回路ブロックへ供給するクロックの周波数である。
Further, the
また、本実施形態では、電源電圧の変動の抑制をより確実にするために、さらに、インピーダンスの共振周波数の2分の1の周波数と異なる動作周波数のクロックを生成して回路ブロックに供給する。ここで、さらに、インピーダンスの共振周波数の3分の1の周波数が回路ブロックの動作周波数と異なる動作周波数のクロックを生成して回路ブロックに供給することが望ましい。 Further, in the present embodiment, in order to more reliably suppress the fluctuation of the power supply voltage, a clock having an operating frequency different from half the resonance frequency of the impedance is further generated and supplied to the circuit block. Here, it is further desirable to generate a clock having an operating frequency of which one-third of the resonance frequency of the impedance is different from the operating frequency of the circuit block and supply the clock to the circuit block.
以下、システム制御部102が半導体集積回路111のパワーモードを図6で示されるパワーモード1の状態からパワーモード7の状態に省電力制御するケースを例に挙げて省電力管理部101の詳細動作について説明する。なお、説明は図10のフローチャートを用いて行う。以下、フローチャートは、CPUが制御プログラムを実行することにより実現されるものとする。
Hereinafter, the detailed operation of the power
ステップS1000において、パワーモード1の状態では、システム制御部102の指示のもと、省電力管理部101が半導体集積回路111内部の回路ブロックのすべてを電源ON状態に制御して、全機能処理を行っている。
In step S1000, in the
ステップS1001において、システム制御部102は、動作プログラムから次の処理をプリフェッチし次の処理を把握した上、省電力管理部101に対して指示を送る。本実施形態では、次の処理がパワーモード7となる場合を想定して説明を続ける。
In step S1001, the
ステップS1002において、省電力管理部101は、システム制御部102からのパワーモード7への移行命令を受信する。その後、省電力管理部101は、不図示のアイソレーションセルを用いて、第六回路ブロックから第二十五回路ブロックそれぞれが有する入出力ポートと外部とのデータ授受を遮断する。
In step S1002, the power
次に、ステップS1003において、省電力管理部101は、不図示のリセット生成部に、第六回路ブロックから第二十五回路ブロックそれぞれにリセット信号をアサートするように指示する。
Next, in step S1003, the power
次に、ステップS1004において、省電力管理部101は、クロック生成部105に対して、第六回路ブロックから第二十五回路ブロックへのクロック供給を止めさせる指示を送りクロック供給を遮断させる。
Next, in step S1004, the power
以上のステップを経た上で、ステップS1005において、省電力管理部101は、記憶部103からパワーモード−共振周波数対応表にある共振点・反共振点(直列共振の共振周波数・並列共振の共振周波数)の情報を読みだしにいく。本実施形態においては、図8より、パワーモード7における共振点が411MHz,563MHz,751MHz,1028MHz、反共振点が487MHz,657MHz,890MHzであることを読みだす。なお、記憶部103へのパワーモード−共振周波数対応表のデータの書き込みはシステムへの電源投入時に行えばよい。また、必要に応じて、適宜データの書き換えも行うこともできる。
After performing the above steps, in step S1005, the power
続いて、ステップS1006において、省電力管理部101は、図9で示した動作周波数および動作電圧のクロックを生成するようにクロック生成部105に指示する。クロック生成部105が生成したクロックを回路ブロックに供給する。
Subsequently, in step S1006, the power
ここで、本実施形態の一例としては、システム制御部102が第一回路ブロック109と第二回路ブロック110に対して高速処理を、第三回路ブロック、第四回路ブロック、第五回路ブロックに対して低速処理を要求として求められた場合を想定した。以上から、本実施形態では、第一回路ブロック109、第二回路ブロック110において、高速モードである動作周波数600MHz/動作電圧1Vが供給される。また、第三回路ブロック、第四回路ブロック、第五回路ブロックにおいて、低速モードで動作周波数250MHz/動作電圧0.9Vが供給されるものとする。
Here, as an example of the present embodiment, the
本実施形態では、動作周波数が共振周波数および共振周波数の2分の1の周波数から5%以上ずれていることを一つの判断基準とする。なお、5%という判断基準は固定でなく、システム仕様に合わせて調整する必要がある。 In the present embodiment, one criterion is that the operating frequency deviates by 5% or more from the resonance frequency and the frequency of half the resonance frequency. Note that the criterion of 5% is not fixed and must be adjusted according to the system specifications.
その後、ステップS1007において、システム制御部102が各回路ブロックと通信し、各回路ブロックの処理状況を把握する。ステップS1008において、省電力管理部101が電力供給部104に対して所望の動作電圧が供給されるよう指示を送り、クロック生成部105に対して各回路ブロックに所望の動作クロックを出力するよう指示を送る。同時に省電力管理部101が第六のパワースイッチから第二十五のパワースイッチを制御して、第六回路ブロックから第二十五回路ブロックの電力供給を遮断する。
After that, in step S1007, the
上記、ステップS1002〜S1008を経て、ステップS1009でパワーモード1からパワーモード7への移行が完了となる。
After the above steps S1002 to S1008, the transition from the
以上、省電力管理部101の省電力制御するケースの動作例の説明となる。
The above is the description of the operation example of the case where the power
引き続き、システム制御部102が半導体集積回路111のパワーモードを図6で示されるパワーモード2の状態からパワーモード1の状態に省電力モードから復帰するケースを例に挙げて省電力管理部101の詳細動作について説明する。説明は図11のフローチャートを用いて行う。
Continuing on, the
ステップS1100において、パワーモード2の状態で、半導体集積回路111内部のチップトップブロックを除く回路ブロックが電源OFF状態であり、省電力管理部101やシステム制御部102が低い動作周波数でコマンドの授受を行っている程度である。
In step S1100, in the
ステップS1101において、システム制御部102は、動作プログラムから次処理が全回路ブロックの全機能処理であることを把握した後、省電力管理部101に対してパワーモードをパワーモード1に移行させるよう電力復帰命令を送る。
In step S1101, after the
ステップS1102において、省電力管理部101が電力復帰命令を受信した後、先ず不図示のリセット信号生成部を制御し、第一回路ブロックから第二十五回路ブロックに対してリセット信号をアサートする。
In step S1102, after the power
次に、ステップS1103において、記憶部103からパワーモード−共振周波数対応表にある共振点・反共振点での共振周波数を読みだす。本実施形態においては、図8は、パワーモード1における共振周波数の例を示す。
Next, in step S1103, the resonance frequency at the resonance point/anti-resonance point in the power mode-resonance frequency correspondence table is read from the
次に、ステップS1104において、省電力管理部101は、動作電圧・動作周波数を決定する。本実施形態では、400MHz以上の動作周波数になると共振点・反共振点に重なってしまうため、全回路ブロックに対して、低速モードである動作周波数250MHz/動作電圧0.9Vが省電力管理部101で決定される。
Next, in step S1104, the power
次に、ステップS1105において、省電力管理部101が電力供給部104に対して、所望の動作電圧が供給されるよう指示を送る。また、省電力管理部101が第一パワースイッチから第二十五のパワースイッチを制御して、第一回路ブロックから第二十五回路ブロックの電源をON状態にする。
Next, in step S1105, the power
その後、ステップS1106において、省電力管理部101が各回路ブロックへ供給される動作電圧が所望の値になるまで待つ。動作電圧が所望の値になったら、次に省電力管理部101がクロック生成部106に対して各回路ブロックに所望の動作クロックを出力するよう指示を送る。
Thereafter, in step S1106, the power
その後、ステップS1107において、省電力管理部101が動作クロックの周波数が安定するのを待った上で、不図示のリセット信号生成部を制御し、第一回路ブロックから第二十五回路ブロックに対してリセット信号をディアサートする。続いて、ステップS1108において、省電力管理部101が不図示のアイソレーションセルを制御して、第一回路ブロックから第二十五回路ブロックの外部とのデータ授受遮断を解除する。
After that, in step S1107, the power
なお、本実施形態ではステップS1107の後にステップS1108の処理を行うというステップを踏んでいるが、その順序に限定はなく、ステップS1108の後にステップS1107の処理を行うというステップを踏んでもよい。 In the present embodiment, the step of performing the process of step S1108 is performed after step S1107, but the order is not limited, and the step of performing the process of step S1107 after step S1108 may be performed.
上記、ステップS1101からステップS1108のステップを経て、ステップS1109において、パワーモード2からパワーモード1への電力復帰動作が完了となる。
After the steps S1101 to S1108, the power recovery operation from the
以上、省電力管理部101の電力復帰制御するケースの動作例の説明となる。
The above is the description of the operation example of the case where the power saving
即ち、本実施形態の省電力管理部101は、省電力モード遷移後のインピーダンスの共振周波数を取得し、省電力モード移行後の回路ブロックの動作周波数が共振周波数や共振周波数の2分の1の周波数に重ならないように制御する。本実施形態の半導体回路の制御により、電圧の変動を抑制することができるので、電源電圧変動に伴う回路の誤動作を抑止することができる。
That is, the power
<第2の実施形態>
第1の実施形態では、半導体集積回路111の内部に省電力管理部101、パワーモード−共振周波数対応表103、電力供給部104、クロック生成部105、クロック選択部106を設けている。ただし、これらの構成は同一のシステムに構成されていれば半導体集積回路111の外部に設けていても特に構わない。例えば図12のような構成でもよい。図12中のメインシステム1201はプリント基板や半導体パッケージ基板である。省電力管理部101、パワーモード−共振周波数対応表103、電力供給部104、クロック生成部105等は、半導体集積回路1202の外部に設けている。
<Second Embodiment>
In the first embodiment, a power
また、第1の実施形態では電力供給部104が半導体集積回路111の内部に置かれているが、図13のように、電力供給部を分割して置いてもよい。例えば図13のような構成でもよい。半導体集積回路の内部に置かれた第二電力供給部1303が、半導体集積回路の外部に置かれた第一電力供給部1302が生成した電圧を受け取って複数の電圧を生成する構成となる。
Further, although the
<その他の実施形態>
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置における1つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
<Other embodiments>
The present invention provides a program for implementing one or more functions of the above-described embodiments to a system or device via a network or a storage medium, and one or more processors in the system or device read and execute the program. But it is possible. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.
101 省電力管理部
102 システム制御部
103 パワーモード−共振周波数対応表
104 電力供給部
105 クロック生成部
106 クロック選択部
107 第一パワースイッチ
108 第二パワースイッチ
109 第一回路ブロック
110 第二回路ブロック
111 半導体回路集積回路
112 第Nパワースイッチ
113 第N回路ブロック
501 チップトップブロック
1201 メインシステム
1202 省電力管理部を外部に設けた場合の半導体集積回路
1301 電力供給部を組み込んだ場合の半導体集積回路
1302 第一電力供給部
1303 第二電力供給部
101 Power
Claims (10)
それぞれの前記回路ブロックを、前記電力供給手段との導通状態又は非導通状態に切り替えるスイッチと、
前記複数の回路ブロックのうち、前記電力供給手段と導通状態にある回路ブロックの組み合わせに対応する、前記半導体集積回路のインピーダンスの共振周波数を記憶する記憶手段と、
前記スイッチによって前記導通状態又は前記非導通状態に切り替えられた前記回路ブロックの組み合わせに対応する前記インピーダンスの共振周波数を前記記憶手段から取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得された前記インピーダンスの共振周波数と異なる動作周波数のクロックを生成して、前記回路ブロックへ供給する生成手段と、
を有することを特徴とする半導体集積回路。 A semiconductor integrated circuit having a plurality of circuit blocks and power supply means for supplying power to each of the circuit blocks,
A switch for switching each of the circuit blocks to a conductive state or a non-conductive state with the power supply means,
Of the plurality of circuit blocks, a storage unit that stores a resonance frequency of the impedance of the semiconductor integrated circuit, which corresponds to a combination of circuit blocks that are in a conductive state with the power supply unit,
An acquisition unit that acquires the resonance frequency of the impedance corresponding to the combination of the circuit blocks switched to the conductive state or the non-conductive state by the switch from the storage unit,
Generating means for generating a clock having an operating frequency different from the resonance frequency of the impedance acquired by the acquiring means and supplying the clock to the circuit block;
A semiconductor integrated circuit comprising:
前記生成手段は、前記周波数範囲のうち、前記インピーダンスの共振周波数と異なる動作周波数のクロックを生成することを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路。 The storage means further stores a processing mode corresponding to a frequency range of an operating frequency of the clock supplied to each of the circuit blocks,
The semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the generation unit generates a clock having an operating frequency different from the resonance frequency of the impedance in the frequency range.
それぞれの前記回路ブロックを、前記電力供給手段との導通状態又は非導通状態に切り替えるスイッチと、
前記複数の回路ブロックのうち、前記電力供給手段と導通状態にある回路ブロックの組み合わせに対応する、前記半導体集積回路のインピーダンスの共振周波数を記憶する記憶手段と、
前記スイッチによって前記導通状態又は前記非導通状態に切り替えられた前記回路ブロックの組み合わせに対応する前記インピーダンスの共振周波数を前記記憶手段から取得する取得手段と、
動作周波数が異なる複数のクロックを生成する生成手段と、
前記生成手段によって生成された前記複数のクロックから、前記取得手段によって取得された前記インピーダンスの共振周波数と異なる動作周波数のクロックを選択して、前記回路ブロックへ供給する選択手段と、
を有することを特徴とする半導体集積回路。 A semiconductor integrated circuit having a plurality of circuit blocks and power supply means for supplying power to each of the circuit blocks,
A switch for switching each of the circuit blocks to a conductive state or a non-conductive state with the power supply means,
Of the plurality of circuit blocks, a storage unit that stores the resonance frequency of the impedance of the semiconductor integrated circuit, which corresponds to a combination of circuit blocks that are in a conductive state with the power supply unit,
An acquisition unit that acquires the resonance frequency of the impedance corresponding to the combination of the circuit blocks switched to the conductive state or the non-conductive state by the switch from the storage unit,
Generating means for generating a plurality of clocks having different operating frequencies;
From the plurality of clocks generated by the generating means, selecting a clock having an operating frequency different from the resonance frequency of the impedance acquired by the acquiring means, and supplying to the circuit block,
A semiconductor integrated circuit comprising:
前記複数の回路ブロックのうち、前記電力供給手段と導通状態にある回路ブロックの組み合わせに対応する、前記半導体集積回路のインピーダンスの共振周波数を記憶手段に記憶する記憶工程と、
前記スイッチによって前記回路ブロックを前記導通状態又は前記非導通状態に切り替えられた時の前記インピーダンスの共振周波数を前記記憶手段から取得する取得工程と、
前記取得工程によって取得された前記インピーダンスの共振周波数と異なる動作周波数のクロックを生成して、前記回路ブロックへ供給する生成工程と、
を有することを特徴とする方法。 A semiconductor integrated circuit having a plurality of circuit blocks, power supply means for supplying power to each of the circuit blocks, and a switch for switching each of the circuit blocks to a conductive state or a non-conductive state with the power supply means. Control method of
Of the plurality of circuit blocks, a storage step of storing in the storage means the resonance frequency of the impedance of the semiconductor integrated circuit, which corresponds to the combination of the circuit blocks that are in conduction with the power supply means,
An acquisition step of acquiring the resonance frequency of the impedance from the storage means when the circuit block is switched to the conductive state or the non-conductive state by the switch;
A generation step of generating a clock having an operating frequency different from the resonance frequency of the impedance acquired by the acquisition step and supplying the clock to the circuit block;
A method comprising:
前記複数の回路ブロックのうち、前記電力供給手段と導通状態にある回路ブロックの組み合わせに対応する、前記半導体集積回路のインピーダンスの共振周波数を記憶手段に記憶する記憶工程と、
前記スイッチによって前記回路ブロックを前記導通状態又は前記非導通状態に切り替えられた時の前記インピーダンスの共振周波数を前記記憶手段から取得する取得工程と、
周波数が異なる複数のクロックを生成する生成工程と、
生成された前記複数のクロックから、取得された前記インピーダンスの共振周波数と異なる動作周波数のクロックを選択して、前記回路ブロックへ供給する選択工程と、
を有することを特徴とする方法。 A semiconductor integrated circuit having a plurality of circuit blocks, power supply means for supplying power to each of the circuit blocks, and a switch for switching each of the circuit blocks to a conductive state or a non-conductive state with the power supply means. Control method of
Of the plurality of circuit blocks, a storage step of storing in the storage means the resonance frequency of the impedance of the semiconductor integrated circuit, which corresponds to the combination of the circuit blocks that are in conduction with the power supply means,
An acquisition step of acquiring the resonance frequency of the impedance from the storage means when the circuit block is switched to the conductive state or the non-conductive state by the switch;
A generation process for generating a plurality of clocks having different frequencies,
From the plurality of generated clocks, selecting a clock of an operating frequency different from the acquired resonance frequency of the impedance, and supplying to the circuit block,
A method comprising:
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