Affectation de circuits d'une bibliothèque a des unités fonctionnelles d'une partie opérative avec des contraintes de surface, de vitesse et de consommation d'énergie.

2.4.3.2 Consommation dynamique

Une porte logique consomme de la puissance dynamique à chaque fois que la capacité à son noeud de sortie est chargée ou déchargée. Un modèle assez précis, et communément utilisé, de ce type de consommation est le suivant :

P g 0 . 5 * V dd 2 * f * C g * N g

= (2.6)

Vdd est la tension d'alimentation de la porte g ; f est la fréquence de fonctionnement de la porte ; Cg est la capacité au noeud de sortie de g et Ng est le nombre de transitions (charges et / ou décharges) de Cg (Ng représente l'activité dynamique de la porte g).

La consommation de la puissance dynamique d'un circuit constitué d'un certain nombre de portes logiques est alors :

Nb Portes

P = 0 . 5 * 2 * *

V _dd f C _i N i

* (2.7)

i = 1

Notons que ce modèle est valide si on suppose que toutes les portes du circuit sont alimentées par la même tension d'alimentation. D'autres types de conception (qui sortent du cadre de ce travail) nécessitent d'autres modèles.

L'équation (2.7) paraît toute simple, mais en fait elle cache un vrai problème : il est très difficile d'évaluer la consommation de la puissance dynamique d'un circuit. En effet, le paramètre Ni est un vrai casse-tête. Rappelons que Ni représente l'activité dynamique de la porte i du circuit, ou le nombre de fois que la capacité au noeud de sortie de i a transité d'un état à l'autre (charge ? décharge ou décharge ? charge).

Le seul moyen de déterminer Ni est de tracer, à chaque nouveau vecteur de signaux d'entrée, l'état précédent de cette capacité (chargée ou déchargée) et son état actuel avec le nouveau vecteur. Ceci permettrait alors de savoir si la capacité a changé d'état (incrémenter Ni) ou pas. Calculer de manière exacte Ni nous conduirait de considérer chaque ancien vecteur avec tous les nouveaux vecteurs possibles. Un circuit à M signaux d'entrée nous amènerait à considérer 2^M anciens vecteurs possibles, à combiner avec 2^M nouveaux vecteurs possibles, soit un total de paires de vecteurs à étudier égal à 2^M * 2^M = 2^2*M !!! Pour bien saisir la difficulté du problème, considérons un simple circuit tel qu'un additionneur à 32 bits. Cet additionneur aura donc en entrée 64 signaux (32 signaux pour chaque valeur à additionner). La détermination exacte de l'activité dynamique pour cet additionneur nécessiterait alors l'exploration de ^22*64=2128 paires de vecteurs, soit des milliards de possibilités, qu'il est impossible d'explorer toutes, même avec un processeur de nos jours. Quand il s'agit de déterminer la consommation de la puissance dynamique de tout un système, autant dire que le problème posé n'est pas du tout simple et qu'il nécessite de ce fait des méthodes adéquates et rigoureuses. Ceci étant, notons que dans le cadre de notre travail, nous utilisons des instances déjà caractérisées par leur consommation de puissance. Néanmoins, à l'inverse de la surface et du temps induits par la combinaison d'instances, la consommation de la puissance engendrée par cette combinaison n'est pas simplement la somme des puissances de ces instances. Nous discuterons ultérieurement de ce point, après avoir défini la consommation due aux fuites de courant.