随着高性能微处理器进入多核多线程处理器设计时代,集成电路生产工艺发生翻天覆地的变革,传统的摩尔定律受到前所未有的挑战,功耗问题成为制约处理器发展的首要问题之一。尤其在集成电路制造工艺进入90nm工艺尺寸后,漏流功耗问题愈发突出,传统的低功耗技术不能有效控制漏流功耗,因此新的低功耗技术应运而生。本文通过对X微处理器代码进行研究,分析处理器结构功能,在此基础上为X微处理器增加门控电源设计以降低处理器功耗。设计针对处理器核心的粗粒度门控电源,在不需要某些处理器核工作时关闭处理器核电源。设计了一个功耗管理控制单元PMC来完成处理器核上下电流程的控制。研究门控电源技术的验证方法,并提出电源开关的后端设计方案。设计针对处理器SRAM的细粒度门控电源,提出一种硬件动态控制的门控电源设计方案。本文首先为处理器合理划分电源域,设计电源模式,完成门控电源整体方案设计。通过编写CPF通用低功耗格式文件将设计方案施加在处理器上,并针对X微处理器核工作特点设计核心上下电流程方案。通过模拟验证说明低功耗意图已成功部署在处理器上。根据处理器结构特点,为实现上下电流程的自动控制本文设计了功耗管理控制单元PMC。具体介绍了PMC的设计方案,分析其结构组成、工作原理和内部状态转换,并编写verilog代码实现设计。最后通过编写测试激励,将CPF文件同X微处理器代码一起进行模拟测试。通过观察波形验证了PMC设计功能的正确性,能够起到正确控制核心打开和关断的作用。最后本文阐述了门控电源设计的验证方法,结合布局布线相关技术,提出了门控电源网络设计方法。通过对多种不同的门控电源开关结构进行分析对比,使用RedHawk软件测试不同结构的电源开关和不同链间上电间隔的电源开关对瞬态电流的影响,最后提出一种测试效果较好的四条链并联结构的电源开关结构。另外,本文针对X处理器中的一级指令cache提出了硬件动态控制的细粒度电源门控技术,利用指令队列进行程序中循环代码的检测。一旦检测到循环代码,就可以对指令cache进行电源门控,从而降低动态功耗和静态功耗。模拟实验数据表明,该方法不但可以降低动态功耗和静态功耗,还可以小幅度提升性能。