第355章 天權4號功耗再優化目標
孫總監坐在主位，面前是一台終端，上面顯示著天權4號過去一周的功耗數據——待機功耗五點三毫瓦，動態功耗峰值一點八瓦，平均功耗零點四五瓦。這些數據在同類晶片中已經是領先水平，但孫總監的眉頭依然緊鎖。
天權4號的小批量試產已經啟動，首批五百顆晶片良率百分之九十四點二，性能指標全部達標。但在功耗測試環節，團隊發現了一個問題——待機功耗雖然只有五點三毫瓦，比天權3號降低了百分之四十，但和理論仿真值四點零毫瓦還有差距。這百分之三十的差距，意味著電池續航時間會縮短大約八個小時。對於手機、手錶等對功耗極其敏感的終端產品來說，八個小時的續航差距，可能就是消費者選擇天權4還是競品的關鍵因素。
會議開始前，孫總監先讓功耗優化團隊的負責人匯報了測試數據。那是一個三十出頭的工程師，姓顧，之前在舊秩序的一家晶片公司做過低功耗設計，經驗豐富。
「天權4號小批量試產的五百顆晶片，我們抽取了五十顆做了完整的功耗測試。待機功耗平均五點三毫瓦，最高五點八毫瓦，最低四點九毫瓦。動態功耗平均一點八瓦，最高二點一瓦，最低一點六瓦。整體功耗水平符合設計規格，但離最優目標還有差距。」
「待機功耗偏高的主要原因有三個——第一，漏電流控制不夠理想。天權4號用了十四納米工藝，理論上漏電流應該比二十八納米降低百分之五十，但實際只降低了百分之三十五。第二，時鐘網絡的功耗優化不徹底。為了滿足時序收斂，時鐘樹設計偏保守，冗餘路徑較多。第三，亞閾值電路的成熟度不夠。天權4號只在部分模塊用了亞閾值設計，大部分模塊還是傳統設計。」
孫總監問了一個關鍵問題:「如果把亞閾值設計擴展到全晶片，待機功耗能降到多少？」
顧工程師調出了一份仿真數據。「如果全晶片採用亞閾值設計，待機功耗理論上可以降到一點五毫瓦。但有兩個問題——第一，亞閾值電路對工藝波動敏感，良率會下降。我們估算，全晶片亞閾值設計的良率可能只有百分之七十左右。第二，亞閾值電路的工作頻率上限較低，動態性能會受影響。CPU主頻可能從一點八吉赫茲降到一點二吉赫茲。」
章宸從晶片架構的角度補充了一句:「性能和功耗的權衡，需要看產品定位。天權4號是旗艦晶片，性能不能妥協。如果為了降功耗而犧牲性能，得不償失。」
會議室的門被推開，趙靜走了進來，身後跟著中央研究院的王研究員。趙靜昨天已經和孫總監約好，今天帶亞閾值電路團隊來討論功耗優化方案。
「孫總，王研究員把亞閾值電路的最新進展帶來了。上周他們在實驗室里做出了一個測試晶片，待機功耗零點八毫瓦，主頻一點五吉赫茲。這個結果比之前的仿真好很多。」趙靜坐下，把一台終端連上投影儀。
王研究員站起來，走到投影幕前，調出了測試晶片的數據。
「這是我們在十四納米工藝上流片的一顆測試晶片，包含了完整的CPU核心、緩存、以及總線。設計上採用了我們論文中提出的亞閾值電路設計方法，但在幾個關鍵路徑上做了優化——第一，時序關鍵路徑用常規電壓設計，非關鍵路徑用亞閾值設計。第二，採用了自適應電壓縮放技術，根據工藝角和工作溫度動態調整電壓。第三，時鐘網絡做了局部門控，空閒模塊的時鐘完全關斷。」
「測試結果——待機功耗零點八毫瓦，動態功耗一點二瓦，主頻一點五吉赫茲。和天權4號當前的方案比，待機功耗降低百分之八十五，動態功耗降低百分之三十三，主頻降低百分之十七。功耗和性能的平衡，比預期的好。」
章宸盯著測試數據看了很久。「主頻一點五吉赫茲，比天權4號的一點八吉赫茲低了百分之十七。對於手機SoC來說，這個性能差距會不會太大？」
王研究員調出了應用場景的性能分析。「我們對手機常用應用做了仿真——網頁瀏覽、視頻播放、遊戲、拍照。一點五吉赫茲和一點八吉赫茲的差異，在百分之九十的應用場景中用戶感知不到。只有在大型遊戲和視頻渲染等重負載場景，才會有明顯差異。但這類場景占比不到百分之十。百分之九十的時間裡，用戶享受的是更長的續航。」
孫總監沉思了一會兒，說:「能不能做一個折中方案——CPU大核保持常規設計，保證峰值性能。小核和GPU用亞閾值設計，降低日常功耗。這樣既保留了旗艦晶片的性能標籤，又把待機功耗降下來了。」
趙靜眼睛一亮。「這個思路好。大小核異構，大核性能優先，小核功耗優先。天權4號已經有了大小核架構，只是大核和小核用的是同樣的設計。如果把小核改成亞閾值設計，大核保持不變，待機功耗可以降多少？」
顧工程師快速估算了一下。「小核占了晶片面積的大約百分之十五，但待機狀態下小核的漏電流貢獻了大約百分之三十的待機功耗。如果小核改用亞閾值設計，小核部分的待機功耗可以降低百分之九十，整體待機功耗降低大約百分之二十七。從五點三毫瓦降到三點九毫瓦左右。」
「三點九毫瓦還是離一點五毫瓦有差距。」章宸說。
王研究員說:「如果大核也做部分亞閾值優化——不是全盤改成亞閾值，而是把大核的非關鍵路徑改成亞閾值設計，關鍵路徑保持常規設計。這樣可以再降一部分待機功耗，同時不影響峰值性能。我們在測試晶片上做過類似的混合設計，待機功耗可以降到二點五毫瓦，主頻一點七吉赫茲。」
孫總監在筆記本上記下了「二點五毫瓦、一點七吉赫茲」這兩個數字。
會議進入第二個議題——功耗優化的技術方案和時間表。
王研究員調出了一張技術路線圖。
「天權4號的功耗再優化，我們建議分三步走。」
「第一步，小核亞閾值化。把天權4號的四個小核全部改用亞閾值設計，大核保持不變。這一步改動最小，風險最低。預計需要六周完成設計變更，四周完成驗證，十周後可以出工程樣片。待機功耗目標三點八毫瓦，峰值性能不變。」
「第二步，大核混合設計。在大核中引入亞閾值設計，但只限於非關鍵路徑。關鍵路徑的時序和電壓保持不變。這一步改動較大，需要重新做時序收斂和物理設計。預計需要十二周完成設計變更，八周完成驗證，二十周後出工程樣片。待機功耗目標二點五毫瓦，峰值性能一點七吉赫茲。」
「第三步，全晶片自適應電壓縮放。根據晶片的工藝角、溫度、以及負載情況，動態調整每個模塊的電壓。低負載時，全晶片進入亞閾值模式，待機功耗降到一點五毫瓦。高負載時，大核升壓到常規電壓，保證峰值性能。這一步需要增加電壓調節電路和自適應控制算法，改動最大。預計需要二十四周完成設計變更，十二周完成驗證，三十六周後出工程樣片。」
章宸問了一個問題:「三步走，每一步都要重新流片？流片成本和周期怎麼算？」
孫總監調出了流片計劃。「天權4號已經量產，我們不可能為了功耗優化頻繁改版。我的建議是——把三步合併成兩步。第一步和第二步合併，直接做小核亞閾值加大核混合設計的版本，作為天權4號的『低功耗增強版』，代號天權4L。天權4L和天權4號共用同一個物理設計框架，只是標準單元庫和電壓域不同。流片一次，成本五百萬，周期十二周。」
「第三步的全晶片自適應電壓縮放，改動太大，不如放到天權5號上實現。天權5號本來就計劃用更先進的工藝和架構，把自適應電壓縮放作為標準特性。這樣不會浪費研發資源。」
趙靜點頭。「這個思路對。天權4L作為天權4號的衍生版本，滿足對功耗有極致要求的客戶。天權5號再把自適應電壓縮放做成標配。孫總，天權4L的研發資源夠嗎？」
孫總監想了想，說:「晶片設計團隊目前的主力都在天權5號上，能調給天權4L的人力有限。大概需要從中央研究院借調幾個亞閾值電路專家，王研究員能幫忙嗎？」
王研究員說:「可以。中央研究院的亞閾值電路團隊有八個人，可以借調四個給天權4L項目。周期六個月。但有一個條件——天權4L的量產數據和測試結果，要反饋給中央研究院，用於改進亞閾值設計方法。」
孫總監爽快地答應了。「沒問題。數據和結果共享，互惠互利。」
會議進入第三個議題——功耗優化的驗證標準。
顧工程師調出了一份測試計劃。
「天權4L的功耗優化，不能只看實驗室數據，還要看實際應用場景。我們設計了一套『場景功耗測試用例』——包括待機、亮屏待機、網頁瀏覽、視頻播放、遊戲、拍照、導航等十二個典型場景。每個場景測試一小時，記錄平均功耗和峰值功耗。」
「通過標準——十二個場景的平均功耗，比天權4號降低百分之二十以上。待機功耗低於三點五毫瓦。峰值性能不低於天權4號的百分之九十五。任何場景下不能出現因功耗優化導致的性能抖動或功能異常。」
章宸補充了一句:「還要加一個測試——極限溫度下的功耗和穩定性。在零下二十度和六十度的環境箱裡跑同樣的測試用例，確保亞閾值電路在極端溫度下不失效。亞閾值電路對溫度敏感，這是最大的風險點。」
王研究員說:「對。我們在測試晶片上做過溫度測試，零下二十度到八十五度範圍內，亞閾值電路都能正常工作。但天權4L的規模比測試晶片大得多，需要重新驗證。建議在天權4L的工程樣片回來後，做一輪完整的環境測試。」
孫總監在筆記本上記下了「環境測試」幾個字。
會議進行到傍晚，所有議題都討論了一遍。孫總監做了總結。
「天權4號的功耗再優化目標——三個月內，完成天權4L的設計和流片。待機功耗從五點三毫瓦降到三點五毫瓦以下，動態功耗降低百分之二十。峰值性能不低於天權4號的百分之九十五。十二個典型場景的平均功耗降低百分之二十以上。」
「分工——晶片設計團隊負責小核亞閾值和大核混合設計的實現。中央研究院亞閾值團隊提供技術支持和設計方法。驗證團隊負責測試用例開發和環境測試。趙靜總負責整體協調和資源調配。」
「六周後，我要看到天權4L的RTL凍結。十二周後，工程樣片回來。十六周後，完成完整的功能和功耗驗證。二十周後，天權4L可以進入量產。」
所有人點頭。
會議結束後，孫總監和趙靜留了下來。兩人站在窗前，窗外芯谷的夜景一片寧靜。
「趙總，你覺得天權4L能成功嗎？」孫總監問。
趙靜想了想，說:「技術上有信心，但市場上有不確定性。天權4L的峰值性能比天權4號低百分之五，雖然用戶很難感知，但競爭對手會拿這個做文章。他們可能會說『未來科技的晶片性能不行，要靠降功耗來掩蓋』。我們需要準備好應對的話術。」
孫總監說:「話術很簡單——天權4L是為對續航有極致要求的客戶提供的選擇。如果客戶追求性能，可以選天權4號。如果客戶追求續航，可以選天權4L。同一顆晶片的兩個版本，滿足不同需求。這不是性能不行，是產品線的豐富。」
趙靜點了點頭。「這個話術可以。另外，天權4L的發布要和天權4號錯開時間，不要同時發布，避免內部競爭。建議天權4L在明年春季發布，主打『超長續航旗艦芯』的定位。」
孫總監在筆記本上記了下來。
趙靜的終端震動了，是蘇黛發來的消息。
「趙總，產業扶持基金的首輪評審明天下午在芯谷進行。陳醒也會參加。你那邊天權4L的功耗優化方案，明天上午把摘要發給我，我匯總到評審材料里。基金評審會需要展示未來科技的晶片技術路線，功耗優化是重點之一。」
趙靜回復:「好。明天上午九點前發給你。」
她收起終端，對孫總監說:「明天產業扶持基金評審，我要去參加。天權4L的事，你們先推進。有什麼問題隨時找我。」
孫總監點頭。
天權4號的小批量試產已經啟動，首批五百顆晶片良率百分之九十四點二，性能指標全部達標。但在功耗測試環節，團隊發現了一個問題——待機功耗雖然只有五點三毫瓦，比天權3號降低了百分之四十，但和理論仿真值四點零毫瓦還有差距。這百分之三十的差距，意味著電池續航時間會縮短大約八個小時。對於手機、手錶等對功耗極其敏感的終端產品來說，八個小時的續航差距，可能就是消費者選擇天權4還是競品的關鍵因素。
會議開始前，孫總監先讓功耗優化團隊的負責人匯報了測試數據。那是一個三十出頭的工程師，姓顧，之前在舊秩序的一家晶片公司做過低功耗設計，經驗豐富。
「天權4號小批量試產的五百顆晶片，我們抽取了五十顆做了完整的功耗測試。待機功耗平均五點三毫瓦，最高五點八毫瓦，最低四點九毫瓦。動態功耗平均一點八瓦，最高二點一瓦，最低一點六瓦。整體功耗水平符合設計規格，但離最優目標還有差距。」
「待機功耗偏高的主要原因有三個——第一，漏電流控制不夠理想。天權4號用了十四納米工藝，理論上漏電流應該比二十八納米降低百分之五十，但實際只降低了百分之三十五。第二，時鐘網絡的功耗優化不徹底。為了滿足時序收斂，時鐘樹設計偏保守，冗餘路徑較多。第三，亞閾值電路的成熟度不夠。天權4號只在部分模塊用了亞閾值設計，大部分模塊還是傳統設計。」
孫總監問了一個關鍵問題:「如果把亞閾值設計擴展到全晶片，待機功耗能降到多少？」
顧工程師調出了一份仿真數據。「如果全晶片採用亞閾值設計，待機功耗理論上可以降到一點五毫瓦。但有兩個問題——第一，亞閾值電路對工藝波動敏感，良率會下降。我們估算，全晶片亞閾值設計的良率可能只有百分之七十左右。第二，亞閾值電路的工作頻率上限較低，動態性能會受影響。CPU主頻可能從一點八吉赫茲降到一點二吉赫茲。」
章宸從晶片架構的角度補充了一句:「性能和功耗的權衡，需要看產品定位。天權4號是旗艦晶片，性能不能妥協。如果為了降功耗而犧牲性能，得不償失。」
會議室的門被推開，趙靜走了進來，身後跟著中央研究院的王研究員。趙靜昨天已經和孫總監約好，今天帶亞閾值電路團隊來討論功耗優化方案。
「孫總，王研究員把亞閾值電路的最新進展帶來了。上周他們在實驗室里做出了一個測試晶片，待機功耗零點八毫瓦，主頻一點五吉赫茲。這個結果比之前的仿真好很多。」趙靜坐下，把一台終端連上投影儀。
王研究員站起來，走到投影幕前，調出了測試晶片的數據。
「這是我們在十四納米工藝上流片的一顆測試晶片，包含了完整的CPU核心、緩存、以及總線。設計上採用了我們論文中提出的亞閾值電路設計方法，但在幾個關鍵路徑上做了優化——第一，時序關鍵路徑用常規電壓設計，非關鍵路徑用亞閾值設計。第二，採用了自適應電壓縮放技術，根據工藝角和工作溫度動態調整電壓。第三，時鐘網絡做了局部門控，空閒模塊的時鐘完全關斷。」
「測試結果——待機功耗零點八毫瓦，動態功耗一點二瓦，主頻一點五吉赫茲。和天權4號當前的方案比，待機功耗降低百分之八十五，動態功耗降低百分之三十三，主頻降低百分之十七。功耗和性能的平衡，比預期的好。」
章宸盯著測試數據看了很久。「主頻一點五吉赫茲，比天權4號的一點八吉赫茲低了百分之十七。對於手機SoC來說，這個性能差距會不會太大？」
王研究員調出了應用場景的性能分析。「我們對手機常用應用做了仿真——網頁瀏覽、視頻播放、遊戲、拍照。一點五吉赫茲和一點八吉赫茲的差異，在百分之九十的應用場景中用戶感知不到。只有在大型遊戲和視頻渲染等重負載場景，才會有明顯差異。但這類場景占比不到百分之十。百分之九十的時間裡，用戶享受的是更長的續航。」
孫總監沉思了一會兒，說:「能不能做一個折中方案——CPU大核保持常規設計，保證峰值性能。小核和GPU用亞閾值設計，降低日常功耗。這樣既保留了旗艦晶片的性能標籤，又把待機功耗降下來了。」
趙靜眼睛一亮。「這個思路好。大小核異構，大核性能優先，小核功耗優先。天權4號已經有了大小核架構，只是大核和小核用的是同樣的設計。如果把小核改成亞閾值設計，大核保持不變，待機功耗可以降多少？」
顧工程師快速估算了一下。「小核占了晶片面積的大約百分之十五，但待機狀態下小核的漏電流貢獻了大約百分之三十的待機功耗。如果小核改用亞閾值設計，小核部分的待機功耗可以降低百分之九十，整體待機功耗降低大約百分之二十七。從五點三毫瓦降到三點九毫瓦左右。」
「三點九毫瓦還是離一點五毫瓦有差距。」章宸說。
王研究員說:「如果大核也做部分亞閾值優化——不是全盤改成亞閾值，而是把大核的非關鍵路徑改成亞閾值設計，關鍵路徑保持常規設計。這樣可以再降一部分待機功耗，同時不影響峰值性能。我們在測試晶片上做過類似的混合設計，待機功耗可以降到二點五毫瓦，主頻一點七吉赫茲。」
孫總監在筆記本上記下了「二點五毫瓦、一點七吉赫茲」這兩個數字。
會議進入第二個議題——功耗優化的技術方案和時間表。
王研究員調出了一張技術路線圖。
「天權4號的功耗再優化，我們建議分三步走。」
「第一步，小核亞閾值化。把天權4號的四個小核全部改用亞閾值設計，大核保持不變。這一步改動最小，風險最低。預計需要六周完成設計變更，四周完成驗證，十周後可以出工程樣片。待機功耗目標三點八毫瓦，峰值性能不變。」
「第二步，大核混合設計。在大核中引入亞閾值設計，但只限於非關鍵路徑。關鍵路徑的時序和電壓保持不變。這一步改動較大，需要重新做時序收斂和物理設計。預計需要十二周完成設計變更，八周完成驗證，二十周後出工程樣片。待機功耗目標二點五毫瓦，峰值性能一點七吉赫茲。」
「第三步，全晶片自適應電壓縮放。根據晶片的工藝角、溫度、以及負載情況，動態調整每個模塊的電壓。低負載時，全晶片進入亞閾值模式，待機功耗降到一點五毫瓦。高負載時，大核升壓到常規電壓，保證峰值性能。這一步需要增加電壓調節電路和自適應控制算法，改動最大。預計需要二十四周完成設計變更，十二周完成驗證，三十六周後出工程樣片。」
章宸問了一個問題:「三步走，每一步都要重新流片？流片成本和周期怎麼算？」
孫總監調出了流片計劃。「天權4號已經量產，我們不可能為了功耗優化頻繁改版。我的建議是——把三步合併成兩步。第一步和第二步合併，直接做小核亞閾值加大核混合設計的版本，作為天權4號的『低功耗增強版』，代號天權4L。天權4L和天權4號共用同一個物理設計框架，只是標準單元庫和電壓域不同。流片一次，成本五百萬，周期十二周。」
「第三步的全晶片自適應電壓縮放，改動太大，不如放到天權5號上實現。天權5號本來就計劃用更先進的工藝和架構，把自適應電壓縮放作為標準特性。這樣不會浪費研發資源。」
趙靜點頭。「這個思路對。天權4L作為天權4號的衍生版本，滿足對功耗有極致要求的客戶。天權5號再把自適應電壓縮放做成標配。孫總，天權4L的研發資源夠嗎？」
孫總監想了想，說:「晶片設計團隊目前的主力都在天權5號上，能調給天權4L的人力有限。大概需要從中央研究院借調幾個亞閾值電路專家，王研究員能幫忙嗎？」
王研究員說:「可以。中央研究院的亞閾值電路團隊有八個人，可以借調四個給天權4L項目。周期六個月。但有一個條件——天權4L的量產數據和測試結果，要反饋給中央研究院，用於改進亞閾值設計方法。」
孫總監爽快地答應了。「沒問題。數據和結果共享，互惠互利。」
會議進入第三個議題——功耗優化的驗證標準。
顧工程師調出了一份測試計劃。
「天權4L的功耗優化，不能只看實驗室數據，還要看實際應用場景。我們設計了一套『場景功耗測試用例』——包括待機、亮屏待機、網頁瀏覽、視頻播放、遊戲、拍照、導航等十二個典型場景。每個場景測試一小時，記錄平均功耗和峰值功耗。」
「通過標準——十二個場景的平均功耗，比天權4號降低百分之二十以上。待機功耗低於三點五毫瓦。峰值性能不低於天權4號的百分之九十五。任何場景下不能出現因功耗優化導致的性能抖動或功能異常。」
章宸補充了一句:「還要加一個測試——極限溫度下的功耗和穩定性。在零下二十度和六十度的環境箱裡跑同樣的測試用例，確保亞閾值電路在極端溫度下不失效。亞閾值電路對溫度敏感，這是最大的風險點。」
王研究員說:「對。我們在測試晶片上做過溫度測試，零下二十度到八十五度範圍內，亞閾值電路都能正常工作。但天權4L的規模比測試晶片大得多，需要重新驗證。建議在天權4L的工程樣片回來後，做一輪完整的環境測試。」
孫總監在筆記本上記下了「環境測試」幾個字。
會議進行到傍晚，所有議題都討論了一遍。孫總監做了總結。
「天權4號的功耗再優化目標——三個月內，完成天權4L的設計和流片。待機功耗從五點三毫瓦降到三點五毫瓦以下，動態功耗降低百分之二十。峰值性能不低於天權4號的百分之九十五。十二個典型場景的平均功耗降低百分之二十以上。」
「分工——晶片設計團隊負責小核亞閾值和大核混合設計的實現。中央研究院亞閾值團隊提供技術支持和設計方法。驗證團隊負責測試用例開發和環境測試。趙靜總負責整體協調和資源調配。」
「六周後，我要看到天權4L的RTL凍結。十二周後，工程樣片回來。十六周後，完成完整的功能和功耗驗證。二十周後，天權4L可以進入量產。」
所有人點頭。
會議結束後，孫總監和趙靜留了下來。兩人站在窗前，窗外芯谷的夜景一片寧靜。
「趙總，你覺得天權4L能成功嗎？」孫總監問。
趙靜想了想，說:「技術上有信心，但市場上有不確定性。天權4L的峰值性能比天權4號低百分之五，雖然用戶很難感知，但競爭對手會拿這個做文章。他們可能會說『未來科技的晶片性能不行，要靠降功耗來掩蓋』。我們需要準備好應對的話術。」
孫總監說:「話術很簡單——天權4L是為對續航有極致要求的客戶提供的選擇。如果客戶追求性能，可以選天權4號。如果客戶追求續航，可以選天權4L。同一顆晶片的兩個版本，滿足不同需求。這不是性能不行，是產品線的豐富。」
趙靜點了點頭。「這個話術可以。另外，天權4L的發布要和天權4號錯開時間，不要同時發布，避免內部競爭。建議天權4L在明年春季發布，主打『超長續航旗艦芯』的定位。」
孫總監在筆記本上記了下來。
趙靜的終端震動了，是蘇黛發來的消息。
「趙總，產業扶持基金的首輪評審明天下午在芯谷進行。陳醒也會參加。你那邊天權4L的功耗優化方案，明天上午把摘要發給我，我匯總到評審材料里。基金評審會需要展示未來科技的晶片技術路線，功耗優化是重點之一。」
趙靜回復:「好。明天上午九點前發給你。」
她收起終端，對孫總監說:「明天產業扶持基金評審，我要去參加。天權4L的事，你們先推進。有什麼問題隨時找我。」
孫總監點頭。