Metodología para la reducción de consumo en circuitos integrados reprogramables

Abstract

La utilización de una metodología de estimación y control del consumo de circuitos integrados resulta indispensable. En la actualidad, el calor generado por un circuito semicustom, a menudo sobrepasa los límites de disipación de los encapsulados. Hoy en día, el consumo medio de potencia de un chip se sitúa entre 1 y 10 vatios, con una tendencia a incrementarse en los próximos años al menos un orden de magnitud. Las ventajas de la reducción de consumo sobrepasan el campo de aplicación natural, relacionado con la electrónica portátil (ordenadores, telefonía, sistemas remotos de adquisición, etc.). En primer lugar, tiene un importante impacto económico, pues permite reemplazar encapsulados cerámicos por plásticos cuyo costo es al menos un 25% menor, y a la vez simplifica o elimina la necesidad de elementos de refrigeración, tales como ventiladores, disipadores o sensores de temperatura. Por otro lado, teniendo en cuenta que todas las causas de falla de los circuitos integrados crecen exponencialmente con la temperatura, la reducción del consumo aumenta la fiabilidad y vida del producto. Finalmente un valor elevado del consumo, se refleja en picos de corrientes síncronos con el reloj, que pueden afectar al funcionamiento del circuito hasta proyectar su influencia sobre aspectos aparentemente independientes como la complejidad del PCB o la sincronización. Uno de los aspectos más importantes para evitar un excesivo consumo, aún en las aplicaciones donde no existen restricciones en ese sentido, es que la velocidad de un circuito CMOS decrece en un factor del 0,35% por ºC. En consecuencia, existe una relación oculta entre diseño de bajo consumo y diseño de alta velocidad, reforzada por el hecho de que la capacidad de cada nodo afecta tanto al consumo como al ancho de banda. Así, la optimización del primer parámetro usualmente produce mejoras en el segundo.