Mycket ström att spara i chippets klocka

Dagens mikroprocessorer är supersnabba kraftpaket men samtidigt duktiga strömslukare. En allt större del av energin går till att driva de klocksignaler som synkroniserar trafiken på chippet. Med en ny teknik utvecklad vid Linköpings universitet kan den effektförbrukningen minskas med 60 procent.

Aktiviteten i de flesta digitala chip synkroniseras med en klocka, en oscillator som alstrar en eller flera miljarder svängningar i sekunden. När en krets får en impuls att börja arbeta laddas den med energi. När den stängs av, leds den överflödiga energin till jord och går till spillo.

- Vår idé är att minska förlusten genom att flytta den energin till en annan krets där den kan utnyttjas igen vid nästa impuls, säger Martin Hansson, som nu lägger fram resultaten i sin doktorsavhandling.

Forskargruppen tillverkade experimentchip med den nya klockningstekniken, som vid frekvenser kring 1,6 GHz drog 60 procent mindre ström är motsvarande konventionella system. Det innebär en minskad totalförbrukning på omkring 15 procent.

- Vi är en av 4-5 forskargrupper i världen som jobbat med denna idé, men vi var tidiga med att bygga upp och testa den i kisel. Det chip vi byggde hade också den högsta klockfrekvensen, säger Martin Hansson.

Ett annat problem som adresseras i avhandlingen är strömläckage. I takt med att transistorerna blivit allt mindre har de på grund av fysikaliska fenomen blivit allt svårare att stänga av, vilket gör att de läcker ström. När en krets blir varm ökar läckaget.

I avhandlingen presenterar Martin Hansson ett antal kretstekniker med syftet att kompensera för det ökade läckaget.

- Vi vill uppnå bättre batteritid och minska behovet av att kyla kretsarna, aspekter som är viktiga vid design av mikroprocessorer, säger han.

Martin Hansson är doktorand vid Avdelningen för elektroniska komponenter, där forskningen fokuseras på integrerade kretsar med låg effektförbrukning och hög hastighet. Sex månader av sin doktorandtid har han tillbringat vid Intels forskningslaboratorium i Hillsboro, USA.

Avhandlingen Low-power clocking and circuit techniques for leakage and process variation compensation läggs fram fredag 29 augusti kl 10.15 i sal Visionen, hus B, Linköpings universitet Campus Valla. Opponent är Dr. Ram Krishnamurthy, Intel Corp., USA.

Kontakt:
Martin Hansson, 013-282859, 070-3444716, martinh@isy.liu.se