近阈值超宽电压电路的PVT偏差弹性设计方法研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61574033
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    57.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0402.集成电路设计
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

Due to the variable workload of high performance SoC chip, it has the contradictory need of both performance and energy efficiency, thus ultra wide range voltage circuit which covers near/sub threshold voltage to normal voltage becomes the right solution. The highest energy efficiency of SoC circuit mostly exists in near threshold voltage area, however, the potential of near-threshold circuit cannot be released if the severe PVT variations due to advanced process and low voltage are not solved. In this project, based on the previous research on low power adaptive voltage scaling, we aim at exploring an effective PVT variation resilient design methodology for ultra wide range voltage circuit, which will adaptively tune the working frequency and supply voltage through on-chip monitoring the circuit timing effect due to PVT variations, in order to sufficiently release the design margin to improve the energy efficiency. Firstly, the PVT variation mechanism in near-threshold voltage is studied, and gate delay and path delay distribution model are built; then aiming at two problems in NTV resilient design, a new timing monitor circuit with adaptive monitor window and its tuning system is proposed, as well as a new method to guide the critical paths monitoring selection based on critical path delay statistical method considering path activation rate. The above methods propose new solutions for ultra wide range voltage circuit to make it be able to adapt to the practical PVT variation, and thus is very valuable for real applications.
高性能SoC芯片应用负载多变,面临性能和能效的矛盾需求,工作电压覆盖近/亚阈值至常压区的超宽电压电路是解决之道。SoC最高能效通常位于近阈值,但若不解决先进工艺及低电压带来的严重PVT偏差影响,就无法发挥其能效潜力。拟在前期研究低功耗自适应电压调节的基础上,探索一套在超宽电压范围内有效适应PVT偏差的弹性设计方法,通过在线实时监测偏差对时序的影响,据此自适应调节电路工作频率和电压,从而充分释放设计余量、提高能效。首先研究近阈值PVT偏差机理,建立门电路和路径延时分布模型;然后针对弹性设计在近阈值超宽电压下的两大难题,提出监测窗口自适应调节的监测单元及调节系统,以及一种考虑激活率的路径延时统计分析新方法来指导关键路径监测点的选取,降低实现代价;最后构建SoC验证平台验证有效性。以上方法为近阈值超宽电压电路提出了新的解决方案,使芯片能充分适应实际的PVT偏差情况,具有重要的实际应价值。

结项摘要

面对负载多变的SoC系统芯片面临的性能和能效的矛盾需求,工作电压覆盖近/亚阈值区至常规电压区的超宽电压电路是解决之道,其中SoC最高能效工作点通常位于近阈值区,但近阈值区的性能低且PVT(工艺、电压和温度)偏差严重。本项目致力于解决低至近阈值区的超宽电压SoC电路存在的PVT偏差对电路性能和功耗的影响,提出了一套在超宽电压范围内有效适应PVT偏差的弹性设计方法。通过在芯片内部关键路径上插入时序监测单元,实时监测PVT变化对电路性能的影响,结合自适应电压频率调节来尽可能地降低设计时预留的余量,达到了提高性能或降低功耗的效果,从而充分释放设计余量、提高能效。首先研究了近阈值PVT偏差机理,建立门电路和路径延时分布模型,以此指导宽电压下监测单元的监测窗口设置以及监测路径的优化选取。其次,针对普通监测单元难以覆盖住低电压下延时的严峻偏差的问题,设计了低电压下也能稳定工作且代价低的新型监测单元,并提出监测窗口自适应调节技术,能在保证功能正确的前提下使弹性设计具有较高的收益。接下来,针对低电压下关键路径延时的波动更严重造成的监测路径数量过多的难题,提出了考虑激活率的最优化关键路径监测点选择方法,在保证监测到可能造成时序违规的关键路径的同时尽可能地降低需要插入的监测单元数量,降低了实现代价。最后构建了SoC验证平台,经过若干次40nm和28nm CMOS工艺流片,有效验证了以上方法的效果。项目累计发表论文20篇(其中一作/通信作者SCI论文15篇,包含顶级期刊IEEE JSSC 3篇、TCASI 2篇等)、授权/受理第一发明人的发明专利19项(包含美国专利3项)。本项目的实施为近阈值超宽电压电路设计提出了新的解决方案,使芯片能充分适应实际的PVT偏差情况,具有重要的实际应用价值。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(3)
会议论文数量(5)
专利数量(19)
Timing error prediction AVFS with detection window tuning for wide-operating-range ICs
时序误差预测 AVFS,具有适用于宽工作范围 IC 的检测窗口调整
  • DOI:
    10.1109/tcsii.2017.2735445
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Weiwei Shan;Xinchao Shang;Longxing Shi;Wentao Dai;Jun Yang
  • 通讯作者:
    Jun Yang
TG-SPP: A One-Transmission-Gate Short-Path Padding for Wide-Voltage-Range Resilient Circuits in 28-nm CMOS
TG-SPP:一种用于 28 nm CMOS 中宽电压范围弹性电路的单传输门短路径填充
  • DOI:
    10.1109/jssc.2019.2948164
  • 发表时间:
    2020-05-01
  • 期刊:
    IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Shan, Weiwei;Dai, Wentao;Shi, Longxing
  • 通讯作者:
    Shi, Longxing
A Low Overhead, Within-a-cycle Adaptive Clock Stretching Circuit with Wide Operating Range in 40nm CMOS
一种采用 40nm CMOS 封装、具有宽工作范围的低开销、周期内自适应时钟拉伸电路
  • DOI:
    10.1109/tcsii.2017.2773498
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Circuits and Systems II-Express Briefs
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Weiwei Shan;Liang Wan;Xinning Liu;Xinchao Shang;Wentao Dai;Shuai Shao;Jun Yang;Longxing Shi
  • 通讯作者:
    Longxing Shi
Machine learning based side-channel-attack countermeasure with hamming-distance redistribution and its application on advanced encryption standard
基于机器学习的汉明距离重分配旁路攻击对策及其在高级加密标准中的应用
  • DOI:
    10.1049/el.2017.1460
  • 发表时间:
    2017-06
  • 期刊:
    Electronics Letters
  • 影响因子:
    1.1
  • 作者:
    Weiwei Shan;Shuai Zhang;Yukun He
  • 通讯作者:
    Yukun He
In-Situ Timing Monitor-Based Adaptive Voltage Scaling System for Wide-Voltage-Range Applications
适用于宽电压范围应用的基于原位时序监控器的自适应电压缩放系统
  • DOI:
    10.1109/access.2017.2670644
  • 发表时间:
    2017-01-01
  • 期刊:
    IEEE ACCESS
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Shan, Weiwei;Shi, Longxing;Yang, Jun
  • 通讯作者:
    Yang, Jun

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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
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    吴建辉
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
    单伟伟;罗雪珍;宁程程;张箴波;顾超;陈晓军
  • 通讯作者:
    陈晓军

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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