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摘要：为了更好地将集成电路的功能损耗控制在可控范围之内，需要从各个方面考虑其系统低功耗的设计方式，实现电路低功耗。但由于低功耗的设计贯穿于整个设计的各个阶段，因此，需要设计者优化整个集成电路系统，最终实现电路低耗能的优化设计。
关键词：集成电路；低功耗设计；方法
1导言
低功耗集成电路技术的发展和创新是一项系统长久的综合工程，需要在现有技术基础之上，加大低功耗集成电路设计的研究与突破，让低功耗的问题不再成为集成电路发展的技术难题以及制约因素。本文通过对低功耗集成电路技术发展情况进行分析掌握了当前的技术现状，也为技术的创新改进奠定了基础，相信在未来低功耗集成电路技术难关一定会被打破，让我国的电子科技拥有灿烂光辉的明天。
2低功耗设计具体内涵分析
目前，随着信息科技的深入发展，集成电路技术也正以日新月异的姿态向前发展，其复杂程度也不断增加，电路的性能得到了大幅提升，而这也对集成电路低耗能设计带来的极大的挑战，因为这不同于早期的电路设计，其规模较小，工作频率也低，对于功能的消耗并不突出，但随着集成电路发展水平越来越高，设计的复杂程度也越来越强，譬如，一个集成电路上单个芯片就可以汇集上千万个晶体管及其他微处理器，其工作频率也早就达到了GHz 的级别。因此，信息产品对功能的消耗量也就越来越大，低功耗的集成电路设计成为了信息产业最大的挑战之一。
3低功耗集成电路技术设计方法
3.1正确选择电路材料
降低集成电路的功耗，甚至是实现超低功耗始终是摆在集成电路技术发展方面的重难点，也成为影响集成电路功能发挥的一个重要因素。要想降低集成电路的整体功耗，首要条件就是要恰当的选择电路材料，这是因为电路材料对于集成电路的功耗有着制约以及影响作用。因此，在电路材料的选择过程当中，必须要做好：第一，严格测试电路材料功耗，并得出具体功耗数据。第二，从多种电路材料当中选择功耗最低的材料，将积极运用到集成电路当中进行实际试用，进一步评估电路材料的使用效果，并根据效果提出调整方案，有效减少元件功耗。
3.2科学排列内部元件
集成电路是整体电路的一个重要组成部分，所以要让整体电路功耗处于一个较低水平，就需要对集成电路当中各个元件进行功耗把控，特别是要做好内部元件的排列工作。集成电路之所以会产生功耗，是因为在电路运行的过程中会出现发热情况。对此，集成电路内部元件排列顺序以及整体布局必须要呈现出最佳状态，通过正确的排列组合让各个元件运行的功耗大幅减少，进而让电路整体功耗下降。
3.3有效设计电源硬件
电源控制是影响集成电路功耗高低的一个重要因素，所以在设计低功耗集成电路时，必须要把控好电源硬件设计这一重要环节。如果电源电压很高的话，产生的功耗就会极大，所以在推动集成电路运行时要通过提高电源硬件设计质量的方式来降低电压。就集成电路芯片电压而言，核定电压和缓存电压分别是 0.85V 和 0.9V，所以电路电压要超过以上数据的话就会产生不必要消耗。针对这问题，可通过发挥电源控制作用来对输入电压进行合理把控，特别是运用动态与额定电源供电技术做好节能降耗工作。
3.4合理控制系统功耗
集成电路功耗的把控突出的表现在系统程序设计和运行当中，因此在进行低功耗集成电路的设计时，要做好系统软件的科学管理，正确把控集成电路各个硬件的设计特点和运行需求控制程序运行等待过程。也就是说在整个系统停止运行后，各个部分的电路也应该相应进入到休眠状态，而休眠状态就可以有效控制和降低功耗。对此，在集成电路系统控制设计的过程当中必须要坚持不用关闭，闲时休眠和忙时多用这样的准则。在控制元件时，可以根据外部电源开关来达到控制目标，也就是用外部电源开关来控制元件运行或者是停止。除此以外，对于大量设备当中集成电路的应用，可以选用软件替代硬件，这样能够达到减少功耗的目的。
3.5门级低功耗的优化设计
这方面的低功耗设计可以通过路径的平衡、单元的映射和公因子的提取等多个方面开进行优化。以单元的映射优化为例，可以通过选择基于图模式匹配的映射单元及映射算法，来对电路进行门级综合，并注意通过选择具有低功耗的单元库，可以达到更好的低功耗效果。再者，通过运用较小负载的漏记单元，可以实现控制其内部活动性较高的节点，从而降低能量损耗。这是一种通过对门级网表的优化设计和对布局布线的优化设计来实现低耗能的方式。在公因子的优化提取方面，通过优化提取方式可以实现简化电路逻辑的目的，并且还能将电路的翻转问题控制好，保持整个电路的稳定运行。根据电路的设计原理，采用不同的逻辑结构能够以实现同样的逻辑功能，可以让具有高翻转率的信号靠近设备的输出端，这样就能有效减少信号经过的器件数量，从而降低信号的负载量，实现低功耗。
3.6版图级低功耗优化
在进行版图级方法进行优化设计之前，需要先对互联线和器件进行优化设计。首先，对器件的优化方面，主要是对器件尺寸的优化设计，其尺寸越优化，所耗费的能耗就越低。而在互联线的优化设计中，则需要将各个不同的期间全部都结合起来，以最大程度消除互联线带来的不良影响。在早期的集成电路中，对设备的开关速度控制的方式所起到的作用不是很明显，阻抗不是很大，因此其功耗也较低。而随着电子产品的不断发展，整个设备对开关的控制也越来越明显，然而其导线的 RC 的延迟却在增加，进而导致逻辑结构同样被延迟。因此，在对信号进行布线的过程中，需要在横截面大且间距较大的顶层之内布置金属线，才能达到缩短延长时间的效果，实现低耗能。
3.7工藝级功耗优化分析
在工艺级功耗优化分析方面，可从两个角度入手分析降低功耗设计的技术。首先，可以按照相应的比例缩小技术，再采用先进的工艺，将设备的电压消耗控制在最小限度。通过比例技术，能够有效缩短晶体管的比例，以及缩减互联线的比例。为实现缩短晶体管这一目标，需要缩减与之相关的器件的关键参数方式，从而能够在维持其性能稳定的同时，采用更加小的比例的沟道长度，这样既能够保证栅压缩技术的参数保持不变，又能够在横向方面有效缩小器件，并实现缩短其延长的时间。在互联线方面，也应按照相关比例缩小其整体的尺寸，但这方面需要更加细致精湛的工艺，才能避免系统噪音增加的可能，提升电路运行的可靠性。第二个方面是封装技术。可以通过封装技术实现芯片与外界充分的隔离，减少外界空气对系统电气设备带来腐蚀的可能性。但在封装的过程中，可能会对芯片的功耗产生巨大影响。因此，需要采取合理的芯片封装技术，这样有利于强化芯片的散热功能。还可以使用多芯片封装的方式，先降低 I/O 接口的相关功能，将电路的延迟问题控制住，从而达到优化电路的目的。
4结语
如果说信息产业是世界上发展最快的产业的话，那么支撑其迅速发展便是集成电路的设计与应用，这说明了集成电路的设计对于信息产业的重要作用。但目前集成电路的低功耗设计成为了信息产品获得进一步发展的重要障碍，如何对集成电路进行更加优化的设计，是信息科技前沿需要认真思考并积极探索的问题。
参考文献：
[1]李林华.集成电路低功耗设计方法[J].电子测试，2016（05）：9-10.
[2]陈宇.集成电路功耗估计及低功耗设计综述[J].电子制作，2014（20）：55-56.
[3]李列文. FPGA低功耗设计相关技术研究[D].中南大学，2014.
[4]王璐璐. 数字电路功耗分析及优化的研究[D].吉林大学，2013.
关键词：集成电路；低功耗设计；方法
1导言
低功耗集成电路技术的发展和创新是一项系统长久的综合工程，需要在现有技术基础之上，加大低功耗集成电路设计的研究与突破，让低功耗的问题不再成为集成电路发展的技术难题以及制约因素。本文通过对低功耗集成电路技术发展情况进行分析掌握了当前的技术现状，也为技术的创新改进奠定了基础，相信在未来低功耗集成电路技术难关一定会被打破，让我国的电子科技拥有灿烂光辉的明天。
2低功耗设计具体内涵分析
目前，随着信息科技的深入发展，集成电路技术也正以日新月异的姿态向前发展，其复杂程度也不断增加，电路的性能得到了大幅提升，而这也对集成电路低耗能设计带来的极大的挑战，因为这不同于早期的电路设计，其规模较小，工作频率也低，对于功能的消耗并不突出，但随着集成电路发展水平越来越高，设计的复杂程度也越来越强，譬如，一个集成电路上单个芯片就可以汇集上千万个晶体管及其他微处理器，其工作频率也早就达到了GHz 的级别。因此，信息产品对功能的消耗量也就越来越大，低功耗的集成电路设计成为了信息产业最大的挑战之一。
3低功耗集成电路技术设计方法
3.1正确选择电路材料
降低集成电路的功耗，甚至是实现超低功耗始终是摆在集成电路技术发展方面的重难点，也成为影响集成电路功能发挥的一个重要因素。要想降低集成电路的整体功耗，首要条件就是要恰当的选择电路材料，这是因为电路材料对于集成电路的功耗有着制约以及影响作用。因此，在电路材料的选择过程当中，必须要做好：第一，严格测试电路材料功耗，并得出具体功耗数据。第二，从多种电路材料当中选择功耗最低的材料，将积极运用到集成电路当中进行实际试用，进一步评估电路材料的使用效果，并根据效果提出调整方案，有效减少元件功耗。
3.2科学排列内部元件
集成电路是整体电路的一个重要组成部分，所以要让整体电路功耗处于一个较低水平，就需要对集成电路当中各个元件进行功耗把控，特别是要做好内部元件的排列工作。集成电路之所以会产生功耗，是因为在电路运行的过程中会出现发热情况。对此，集成电路内部元件排列顺序以及整体布局必须要呈现出最佳状态，通过正确的排列组合让各个元件运行的功耗大幅减少，进而让电路整体功耗下降。
3.3有效设计电源硬件
电源控制是影响集成电路功耗高低的一个重要因素，所以在设计低功耗集成电路时，必须要把控好电源硬件设计这一重要环节。如果电源电压很高的话，产生的功耗就会极大，所以在推动集成电路运行时要通过提高电源硬件设计质量的方式来降低电压。就集成电路芯片电压而言，核定电压和缓存电压分别是 0.85V 和 0.9V，所以电路电压要超过以上数据的话就会产生不必要消耗。针对这问题，可通过发挥电源控制作用来对输入电压进行合理把控，特别是运用动态与额定电源供电技术做好节能降耗工作。
3.4合理控制系统功耗
集成电路功耗的把控突出的表现在系统程序设计和运行当中，因此在进行低功耗集成电路的设计时，要做好系统软件的科学管理，正确把控集成电路各个硬件的设计特点和运行需求控制程序运行等待过程。也就是说在整个系统停止运行后，各个部分的电路也应该相应进入到休眠状态，而休眠状态就可以有效控制和降低功耗。对此，在集成电路系统控制设计的过程当中必须要坚持不用关闭，闲时休眠和忙时多用这样的准则。在控制元件时，可以根据外部电源开关来达到控制目标，也就是用外部电源开关来控制元件运行或者是停止。除此以外，对于大量设备当中集成电路的应用，可以选用软件替代硬件，这样能够达到减少功耗的目的。
3.5门级低功耗的优化设计
这方面的低功耗设计可以通过路径的平衡、单元的映射和公因子的提取等多个方面开进行优化。以单元的映射优化为例，可以通过选择基于图模式匹配的映射单元及映射算法，来对电路进行门级综合，并注意通过选择具有低功耗的单元库，可以达到更好的低功耗效果。再者，通过运用较小负载的漏记单元，可以实现控制其内部活动性较高的节点，从而降低能量损耗。这是一种通过对门级网表的优化设计和对布局布线的优化设计来实现低耗能的方式。在公因子的优化提取方面，通过优化提取方式可以实现简化电路逻辑的目的，并且还能将电路的翻转问题控制好，保持整个电路的稳定运行。根据电路的设计原理，采用不同的逻辑结构能够以实现同样的逻辑功能，可以让具有高翻转率的信号靠近设备的输出端，这样就能有效减少信号经过的器件数量，从而降低信号的负载量，实现低功耗。
3.6版图级低功耗优化
在进行版图级方法进行优化设计之前，需要先对互联线和器件进行优化设计。首先，对器件的优化方面，主要是对器件尺寸的优化设计，其尺寸越优化，所耗费的能耗就越低。而在互联线的优化设计中，则需要将各个不同的期间全部都结合起来，以最大程度消除互联线带来的不良影响。在早期的集成电路中，对设备的开关速度控制的方式所起到的作用不是很明显，阻抗不是很大，因此其功耗也较低。而随着电子产品的不断发展，整个设备对开关的控制也越来越明显，然而其导线的 RC 的延迟却在增加，进而导致逻辑结构同样被延迟。因此，在对信号进行布线的过程中，需要在横截面大且间距较大的顶层之内布置金属线，才能达到缩短延长时间的效果，实现低耗能。
3.7工藝级功耗优化分析
在工艺级功耗优化分析方面，可从两个角度入手分析降低功耗设计的技术。首先，可以按照相应的比例缩小技术，再采用先进的工艺，将设备的电压消耗控制在最小限度。通过比例技术，能够有效缩短晶体管的比例，以及缩减互联线的比例。为实现缩短晶体管这一目标，需要缩减与之相关的器件的关键参数方式，从而能够在维持其性能稳定的同时，采用更加小的比例的沟道长度，这样既能够保证栅压缩技术的参数保持不变，又能够在横向方面有效缩小器件，并实现缩短其延长的时间。在互联线方面，也应按照相关比例缩小其整体的尺寸，但这方面需要更加细致精湛的工艺，才能避免系统噪音增加的可能，提升电路运行的可靠性。第二个方面是封装技术。可以通过封装技术实现芯片与外界充分的隔离，减少外界空气对系统电气设备带来腐蚀的可能性。但在封装的过程中，可能会对芯片的功耗产生巨大影响。因此，需要采取合理的芯片封装技术，这样有利于强化芯片的散热功能。还可以使用多芯片封装的方式，先降低 I/O 接口的相关功能，将电路的延迟问题控制住，从而达到优化电路的目的。
4结语
如果说信息产业是世界上发展最快的产业的话，那么支撑其迅速发展便是集成电路的设计与应用，这说明了集成电路的设计对于信息产业的重要作用。但目前集成电路的低功耗设计成为了信息产品获得进一步发展的重要障碍，如何对集成电路进行更加优化的设计，是信息科技前沿需要认真思考并积极探索的问题。
参考文献：
[1]李林华.集成电路低功耗设计方法[J].电子测试，2016（05）：9-10.
[2]陈宇.集成电路功耗估计及低功耗设计综述[J].电子制作，2014（20）：55-56.
[3]李列文. FPGA低功耗设计相关技术研究[D].中南大学，2014.
[4]王璐璐. 数字电路功耗分析及优化的研究[D].吉林大学，2013.