【導讀】芯片設計中幾個(gè)重要的指標總是讓設計工程師自以為是的想到各種折中的方法，實(shí)則不然。在實(shí)際電路設計中，不要僅僅考慮功能實(shí)現，需要多想想是否有更好的解決方案，讓面積，速度，功耗表現更佳才是上策。當然這也是優(yōu)秀的工程師和平庸的工程師設計出來(lái)的產(chǎn)品會(huì )有巨大的差異。
在芯片設計中，大家通常都會(huì )注意到幾個(gè)重要的指標：
速度：電路可以跑多少MHz的時(shí)鐘頻率，一般來(lái)說(shuō)，速度越快，能處理的數據量就越多，性能越好。
面積：電路的物理實(shí)現需要占用硅片的面積，占用的面積越小，成本越低。
功耗：電路工作所消耗的能量，功耗越低，芯片越省電，發(fā)熱量 也越低，能耗低，環(huán)保。
書(shū)本上說(shuō)，速度、面積、功耗是互相牽制的，在相同的制造工藝（制程）條件下，一般來(lái)說(shuō)，速度越快，晶體管尺寸越大，面積就越大，功耗也越高。
為了降低功耗，可以降低芯片的工作速度，讓時(shí)鐘的跳變頻率變慢。
為了降低成本，減小芯片面積，可以采用面積比較小(W比較小)的晶體管，由于電流和W成正比，因此面積減小，速度會(huì )變慢。（為了即減小面積，同時(shí)提高速度，則必須讓L變小，也就是提升制程，65nm換成45nm，45nm換成28nm等等）
為了提高速度，我們需要加大充電電流，加大電流，必然導致功耗增加。（為了不增加電流而提高速度，必須減少電容，或者降低充電電壓，這兩個(gè)動(dòng)作也是靠工藝水平的提升來(lái)實(shí)現，比如45nm換成28nm工藝）
請大家注意，上面的速度、面積、功耗的折中和互相牽制是建立在相同制程，相同的IP Vendor，以及相同的電路條件下。我想要提醒的是，如果不滿(mǎn)足這3個(gè)條件，這3個(gè)因素可能不是折中的關(guān)系，有可能會(huì )出現速度慢，面積大，功耗也高的情況。說(shuō)明如下：
1 ）在相同的工藝制程，相同的IP Vendor(包括相同的標準單元)條件下，同一個(gè)功能，不同的電路實(shí)現方案，有可能會(huì )出現方案A比方案B面積大，速度慢，功耗高。舉例說(shuō)明：
實(shí)現一個(gè)6分頻電路:
方案A：
方案B：
上面的電路，功能一模一樣，都實(shí)現了時(shí)鐘6分頻。方案A的使用了加法， 方案B采用了循環(huán)移位。很明顯，
# 加法比移位的邏輯電路多，方案A的面積比方案B大；
# 加法需要的邏輯路徑長(cháng)，因此方案A的最快工作頻率低于方案B
# 方案B邏輯少，數據變化產(chǎn)生的節點(diǎn)電壓變化少，并且，方案B類(lèi)似格雷碼，觸發(fā)器的跳變次數也比方案A要少，因此方案B的功耗小。
綜上所述，方案A比方案B，面積大，速度慢，功耗高。徹底的完敗。
因此，在實(shí)際電路設計中，不要僅僅考慮功能實(shí)現，需要多想想是否有更好的解決方案，讓面積，速度，功耗表現更佳；優(yōu)秀的工程師和平庸的工程師設計出來(lái)的產(chǎn)品會(huì )有巨大的差異，競爭力體現在人才的智慧上，聰明的大腦在芯片設計中至關(guān)重要。我們每個(gè)設計工程師都要力爭成為智慧的工程師。
2）同樣的數字電路，選擇不同的標準單元庫，有可能會(huì )出現標準單元庫A的實(shí)現， 比標準單元庫B的實(shí)現面積大，功耗大，速度也慢?？梢詤⒖忌厦娴慕忉?zhuān)驗椴煌臉藴蕟卧獛焓遣煌娜嗽O計出來(lái)的，也有聰明和平庸之分。即使同一個(gè) Vendor的不同標準單元庫，也可能會(huì )發(fā)現新的改進(jìn)庫比原來(lái)的面積，速度，功耗都要優(yōu)。模擬IP也如此，不同的Vendor有差異。 由于IP 庫的差異，對設計工程師提出了更多要求，要求芯片設計者能夠甄別比較優(yōu)秀的IP，從而提升產(chǎn)品的整體競爭力。IP如果選擇了比較平庸的，將來(lái)產(chǎn)品的競爭力 就會(huì )大打折扣。
