Dynamic Voltage Scaling Dissertação para obtenção do Grau de ...
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1. Introdução<br />
1.1 Motivação<br />
Num mun<strong>do</strong> em que a mobilida<strong>de</strong> tem ganho cada vez mais importância, to<strong>do</strong> o tipo <strong>de</strong><br />
dispositivos portáteis tem si<strong>do</strong> cria<strong>do</strong> <strong>para</strong> satisfazer as necessida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> comunicação e<br />
entretenimento. No entanto, as baterias actualmente utilizadas por esses dispositivos têm si<strong>do</strong> o elo<br />
mais fraco na conjugação entre a autonomia e o volume ocupa<strong>do</strong> pelas mesmas. Por outro la<strong>do</strong>, as<br />
preocupações ambientais têm instiga<strong>do</strong> um maior cuida<strong>do</strong> com a eficiência <strong>do</strong>s equipamentos<br />
electrónicos, com o objectivo <strong>de</strong> reduzir os gastos com a energia.<br />
Em tecnologia CMOS, gran<strong>de</strong> parte da energia é consumida no perío<strong>do</strong> <strong>de</strong> comutação <strong>do</strong>s<br />
transístores. A expressão que traduz a potência dissipada por essas comutações é dada pela<br />
expressão (1.1):<br />
P sw = CfV 2 (1.1)<br />
on<strong>de</strong> C representa a capacida<strong>de</strong> média <strong>do</strong>s nós que mudam <strong>de</strong> esta<strong>do</strong>, f é a frequência <strong>de</strong> relógio<br />
<strong>do</strong> circuito e V é a tensão com que é alimenta<strong>do</strong> o núcleo digital.<br />
Esta expressão não é exacta, na medida em que a activida<strong>de</strong> média <strong>do</strong> circuito não é constante<br />
durante a sua operação, mas <strong>de</strong>ixa antever uma <strong>de</strong>pendência quadrática <strong>do</strong> consumo relativamente<br />
à tensão <strong>de</strong> alimentação. Para além das perdas <strong>de</strong> comutação existe também uma corrente <strong>de</strong> fuga<br />
estática nos transístores (subthreshold leakage) que é agravada com a miniaturização <strong>do</strong>s circuitos.<br />
Esta corrente <strong>de</strong> fuga começa a ser preocupante <strong>para</strong> tecnologias abaixo <strong>do</strong>s 90nm e o acréscimo <strong>de</strong><br />
potência <strong>de</strong> perdas é da<strong>do</strong> pela expressão (1.2):<br />
P leak = VI leak<br />
(1.2)<br />
on<strong>de</strong> V é a tensão <strong>de</strong> alimentação e I leak é o somatório da corrente <strong>de</strong> fuga nos transístores.<br />
Outra causa <strong>para</strong> a reduzida optimização no consumo <strong>do</strong>s semicondutores são as variações no<br />
processo <strong>de</strong> fabrico que, <strong>de</strong>vi<strong>do</strong> à sua natureza incerta, obrigam a que a tensão <strong>de</strong> alimentação<br />
atribuída a um da<strong>do</strong> microprocessa<strong>do</strong>r seja suficientemente alta <strong>para</strong> permitir a correcta operação <strong>de</strong><br />
to<strong>do</strong>s os chips fabrica<strong>do</strong>s. Na Figura 1.1 é apresenta<strong>do</strong> um exemplo típico da relação entre a<br />
quantida<strong>de</strong> <strong>de</strong> chips com <strong>de</strong>sempenhos acima e abaixo da média com<strong>para</strong>tivamente com a tensão<br />
necessária ao seu correcto funcionamento.<br />
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