Dynamic Voltage Scaling Dissertação para obtenção do Grau de ...

1. Introdução
1.1 Motivação
Num mundo em que a mobilidade tem ganho cada vez mais importância, todo o tipo de
dispositivos portáteis tem sido criado para satisfazer as necessidades de comunicação e
entretenimento. No entanto, as baterias actualmente utilizadas por esses dispositivos têm sido o elo
mais fraco na conjugação entre a autonomia e o volume ocupado pelas mesmas. Por outro lado, as
preocupações ambientais têm instigado um maior cuidado com a eficiência dos equipamentos
electrónicos, com o objectivo de reduzir os gastos com a energia.
Em tecnologia CMOS, grande parte da energia é consumida no período de comutação dos
transístores. A expressão que traduz a potência dissipada por essas comutações é dada pela
expressão (1.1):
P sw = CfV 2 (1.1)
onde C representa a capacidade média dos nós que mudam de estado, f é a frequência de relógio
do circuito e V é a tensão com que é alimentado o núcleo digital.
Esta expressão não é exacta, na medida em que a actividade média do circuito não é constante
durante a sua operação, mas deixa antever uma dependência quadrática do consumo relativamente
à tensão de alimentação. Para além das perdas de comutação existe também uma corrente de fuga
estática nos transístores (subthreshold leakage) que é agravada com a miniaturização dos circuitos.
Esta corrente de fuga começa a ser preocupante para tecnologias abaixo dos 90nm e o acréscimo de
potência de perdas é dado pela expressão (1.2):
P leak = VI leak
(1.2)
onde V é a tensão de alimentação e I leak é o somatório da corrente de fuga nos transístores.
Outra causa para a reduzida optimização no consumo dos semicondutores são as variações no
processo de fabrico que, devido à sua natureza incerta, obrigam a que a tensão de alimentação
atribuída a um dado microprocessador seja suficientemente alta para permitir a correcta operação de
todos os chips fabricados. Na Figura 1.1 é apresentado um exemplo típico da relação entre a
quantidade de chips com desempenhos acima e abaixo da média comparativamente com a tensão
necessária ao seu correcto funcionamento.
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