低功耗设计方法-电源门控概述（一）
漏电功耗随着每一代CMOS工艺技术的发展而增长。这种泄漏功耗不仅是对电池供电或便携式产品的严重挑战，而且日益成为服务器、路由器和机顶盒等有线设备必须解决的问题。
为了减少芯片的总泄漏功耗，最好增加关闭未使用的模块的机制。这种技术被称为电源门控。
动态和泄漏功耗概况
电源门控的基本策略是提供两种功耗模式:低功耗模式和正常模式。目标是在适当的时间以适当的方式在这些模式之间进行切换，以最大限度地节省功耗，同时尽可能减小对性能的影响。
前文描述的功耗降低技术不会影响设计的功能，也不需要对RTL进行更改。它们可以从设计、实现角度相当透明地处理；电源门控比时钟门控更具难度性，因为它影响块间接口通信，并增加显著的时间延迟以安全地进入和退出电源门控模式。
作为设备驱动程序或操作系统空闲任务的一部分，控制软件可以明确地调度电源逻辑以进行逻辑块的关闭与打开。或者，它可以由定时器或系统级电源管理控制器在硬件中启动。在任何情况下，我们都面临着架构上的权衡：
可能节省的泄漏功耗的大小。
进入和退出电源门控的时间代价。
进入和离开这种泄漏节省模式的功耗。
活动性比例(睡眠或活动的比例和频率)。
首先，我们介绍一些进入和退出电源模式的术语:
睡眠事件：开始进入低功耗模。
唤醒事件：启动返回到活动模式。
图4-1显示了一个使用时钟门控降低功耗的子系统的示例。
图4-2显示了使用基本电源门控控制实现的同一个子系统的示例。唤醒事件和正在运行的时钟之间的响应时间可能很重要，在系统设计级别不能忽略：
从图4-3可以看出，漏电节电不是完美的瞬时降低；这个需要一段时间才能达到目标水平。因此，可实现的节省功耗在一定程度上受到了影响：
时钟门控对不同子系统的影响
CPU的缓存子系统通常可以长时间处于休眠或非活动状态，因此功耗控制很有吸引力。但有一些权衡是必须考虑的：
电源门控为整个CPU提供了非常好的泄漏功率降低，但是对中断的唤醒时间响应具有重要的系统级设计含义(甚至可能需要更深的FIFO或预定的时间槽)。如果每次CPU断电时缓存内容都丢失，那么在所有总线活动中，通电时重新填充缓存可能会有很大的时间和功耗成本。净功耗节省取决于睡眠/唤醒活动比例，即当电源关闭时节省了多少能量，而在重新加载状态下花费了多少能量。
外围子系统可能比CPU的电源管理更好。它由一个可以被设备驱动程序和可以被优化的操作系统电源管理方案控制，但仍有一些权衡。特别是有必要在唤醒时快速恢复状态，以最大限度地节省功耗：
设备驱动程序可能需要显式地加载/恢复关键状态或启动硬件程序控制作为睡眠/唤醒序列的一部分，但这给软件带来了很大的负担。更好的方法可能是让外围设备在睡眠模式下在内部存储关键状态，但这需要特殊的电路和额外的控制。
最后，考虑一个更复杂的多处理器CPU集群，其中一个或多个处理器可能完全关闭电源。在本例中，我们假设处理器只有在完成一个任务并处于空闲状态，等待分配另一个任务时才关闭电源。在这种情况下：
电源门控能为单个CPU提供非常好的泄漏功耗降低。因为CPU已经完成了它的任务，所以本地缓存内容在电源门控时丢失并不是问题。CPU被唤醒，清理并重置，准备执行并缓存下一个任务。优化的功耗可能需要自适应关机算法，这些算***根据不同的工作负载改变电源门控和活动CPU核的数量。
在上述所有这些情况下，电源门控可以在设计中提供显著的泄漏电流减少。
