1.2 降低功耗的3種主要設計思路

在降低功耗的設計中，主要有以下3種主要設計思路。

1.升級生產工藝

到目前為止，升級工藝的效果較為顯著。在相同的工作能力下，制程越高，功耗越低。這主要是因為制程越高，用于連接芯片器件的導線就越短，相應在導線上消耗的能量就越少，所以在完成同樣的工作時整體消耗的能量就越少，即功耗更低。我們經常能夠看到這樣的新聞：某款芯片從5 nm升級到3 nm，性能同比提升a%，功耗同比降低b%，等等。這里提到的功耗降低更大程度上歸功于更高水平的工藝以及更合理的電路設計。因此，每一代手機用的SoC芯片都迫切地爭搶在最先進的工藝上進行生產加工。

2.降低工作電壓/頻率

物理學上的一個基礎知識點是功率與電壓和電流的乘積成正比，即P= U×I。在芯片上這個原理同樣適用，降低芯片電壓和運行頻率是降低功耗最直觀、有效的方法之一。我們所說的AVS\DVFS就是常用的有效機制。更多詳細內容可以參考第13章、第15章。

3.非用即關/多電源域設計

在外使用手機的時候，我們經常會遇到這種情況：當看到電池快要沒電而手頭又沒有充電器或充電寶的時候，我們會關閉盡可能多的應用模塊，比如關閉音視頻播放、關閉GPS、關閉拍照，甚至直接進入省電模式，只保留基本的通話功能，其根本目的在于減少耗電從而延長系統(tǒng)運行時間。這也是多電源域的概念，方便對不同電源進行開關控制。

注意

電壓域控制的概念與電源域控制的概念不同，電壓域控制是對同一個模塊來講，如果對性能要求高，則調整為工作在較高的電壓下，如果對性能要求低，則調整為工作在較低的電壓下，可以參考AVS\DVFS的實現(xiàn)。

芯片設計中也引入了多電源域這種理念：一枚SoC中可能包含很多功能模塊，如音視頻處理、傳感器、GPS定位等，但是我們不可能同時使用所有的功能，各個模塊工作時也不可能要求相同的電壓，因此為了降低電源消耗，在不使用該功能時將其關閉，即使工作也提供不同的電壓，如圖1-1所示。這樣一來，在系統(tǒng)沒有睡眠時芯片的功耗最低僅有一個CPU內核處于開啟狀態(tài)，從而可以大幅度減少其他模塊在等待時的電量消耗，進而延長電池的使用時間。

圖1-1 多電源域設計