近年來，在人工智能、5G、大數據中心以及汽車等應用快速發展的推動下，對低功耗的需求已經擴散到了更多的終端產品中。隨著芯片中晶體管的集成度越來越高，散熱也將成為一個越來越難以處理的問題，終端廠商對于低功耗的芯片有了更大的需求，所以給廣大芯片設計商提出了更大的挑戰，如何設計一個低功耗芯片成為了各大芯片商亟待解決的難題。

首先，在基礎材料的選取上，晶體管和其他器件的結構對能源效率有很大的影響，常用的硅擁有較高的導熱性，此外，砷化鎵也被廣泛應用于某些高性能產品領域。在芯片開發的早期階段，工程師通過選擇與設計目標最匹配的晶體管來權衡功率性能區域(PPA)。FinFET是一個典型的例子。20世紀90年代，半導體行業面臨著25納米工藝的瓶頸。當時市場上有很多聲音認為摩爾定律即將結束。FinFET晶體管技術的出現，使得半導體行業突破了瓶頸，逐漸發展到目前的7納米和5納米工藝技術。

然而，我們應該知道的是，大多數SOC設計不是在晶體管級別上進行的，而是在寄存器傳輸級別(RTL)上進行的，或使用通用功能的單元庫合成的更高級別代碼。這包括許多低功耗單元庫。設計師可以使用邏輯合成工具快速測試各單元庫的組合，以滿足PPA的目標。功耗會影響芯片的電源完整性和熱特性，因此這些問題必須在物理設計階段解決，并在signoff期間確認。

在定義微架構的過程中，也必須考慮功耗。常見的做法是關閉當前SoC中未激活的部分，將其置于待機狀態，或者使用動態電壓和頻率縮放(DVFS)實時控制操作。SoC架構師必須定義供電控制結構并提供hooks，這樣它們就可以通過運行在終端系統上的軟件進行操作。

軟件是解決方案的最后一部分。雖然電源管理要求可以在硬件層面完全滿足，但對于大多數SOC來說，大多數工作都由電源感知固件、操作系統(OS)和應用程序(應用程序)控制。例如，操作系統知道所有正在運行或計劃運行的應用程序和任務，因此可以在不需要最高性能的情況下做出減少或停止芯片運行的決定。在生產過程中測試裸芯片和芯片的應用程序也需要注意功耗，以避免過熱。

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