低電力
低電力
低電力
低電力SoCのロードマップ
のロードマップ
のロードマップ
のロードマップ
- モバイルマルチメディアへのアプローチ
モバイルマルチメディアへのアプローチ
モバイルマルチメディアへのアプローチ
モバイルマルチメディアへのアプローチ
-設計
設計
設計
設計TF/
/
/PIDS/
/
/
/
/FEPクロスカット報告
クロスカット報告
クロスカット報告
クロスカット報告
設計
設計
設計
設計TF主査
主査
主査
主査
日立製作所 内山邦男
日立製作所 内山邦男
日立製作所 内山邦男
日立製作所 内山邦男
設計
クロスカット
本クロスカットの目的と活動内容
低電力
低電力
低電力
低電力
SoC
のロードマップ作成と
のロードマップ作成と
のロードマップ作成と
のロードマップ作成と
問題点、技術課題の明確化
問題点、技術課題の明確化
問題点、技術課題の明確化
問題点、技術課題の明確化
(1)モバイルマルチメディアの動向調査
(2)現状(0.18um)の低電力SoCの分析
(3)低電力SoC設計モデルの作成
(初期モデル、集積度トレンドの設定)
(4)設計モデルとHP、LOP(-HS、-UHS)、LSTP
デバイスモデルを用いた設計パラメータの検証
(動作周波数、消費電力の確認)
デジタル民生機器の動向
Car
Car
Car
Car
navigation
navigation
navigation
navigation
1111999999990000
2000
2000
2000
2000
Mobile
Mobile
Mobile
Mobile
information
information
information
information
terminal
terminal
terminal
terminal
STB
STB
STB
STB
DigitalTV
DigitalTV
DigitalTV
DigitalTV
PDA
PDA
PDA
PDA
32/64
32/64
32/64
32/64bbbb
Video game
Video game
Video game
Video game
Next generation
Next generation
Next generation
Next generation
Video game
Video game
Video game
Video game
Video CD
Video CD
Video CD
Video CD
Digital Still camera
Digital Still camera
Digital Still camera
Digital Still camera
MPEG camera
MPEG camera
MPEG camera
MPEG camera
DVD player
DVD player
DVD player
DVD player
AutoPC
AutoPC
AutoPC
AutoPC
CIS
CIS
CIS
CIS
Mobile phone
Mobile phone
Mobile phone
Mobile phone
(GSM,CDMA,..)
(GSM,CDMA,..)
(GSM,CDMA,..)
(GSM,CDMA,..)
LAN router
LAN router
LAN router
LAN router
:モバイルマルチメディア機器
:モバイルマルチメディア機器
:モバイルマルチメディア機器
:モバイルマルチメディア機器
設計
クロスカット
マルチメディア処理の要求性能
GOPS
0.01
0.1
1
10
ビデオ
ビデオ
ビデオ
ビデオ
ビデオ
ビデオ
ビデオ
ビデオ
オーディオ
オーディオ
オーディオ
オーディオ
オーディオ
オーディオ
オーディオ
オーディオ
音声
音声
音声
音声
音声
音声
音声
音声
通信
通信
通信
通信
通信
通信
通信
通信
認識
認識
認識
認識
認識
認識
認識
認識
グラフィクス
グラフィクス
グラフィクス
グラフィクス
グラフィクス
グラフィクス
グラフィクス
グラフィクス
FAX
FAX
FAX
FAX
Data
Data
Data
Dataモデム
モデム
モデム
モデム
2
22
2次元描画
次元描画
次元描画
次元描画
3
33
3次元描画
次元描画
次元描画
次元描画
MPEG
MPEG
MPEG
MPEG
Dolby
Dolby
Dolby
Dolby-
--
-AC3
AC3
AC3
AC3
タスク限定
タスク限定
タスク限定
タスク限定
JPEG
JPEG
JPEG
JPEG伸張圧縮
伸張圧縮
伸張圧縮
伸張圧縮
MPEG1
MPEG1
MPEG1
MPEG1伸張
伸張
伸張
伸張
MP/ML
MP/ML
MP/ML
MP/ML
MPEG2 伸張
MPEG2
MPEG2
MPEG2
伸張
伸張
伸張
MP/HL
MP/HL
MP/HL
MP/HL
圧縮
圧縮
圧縮
圧縮
VoIP
VoIP
VoIP
VoIPモデム
モデム
モデム
モデム
単語認識
単語認識
単語認識
単語認識
文章翻訳
文章翻訳
文章翻訳
文章翻訳
ケースベース
ケースベース
ケースベース
ケースベース
タスク限定
タスク限定
タスク限定
タスク限定
GOPS:
GOPS:
GOPS:
GOPS: Giga
Giga
Giga Operations Per Second
Giga
Operations Per Second
Operations Per Second
Operations Per Second
100
音声自動翻訳
音声自動翻訳
音声自動翻訳
音声自動翻訳
10
10
10
10Mpps
Mpps
Mpps
Mpps
100
100
100
100Mpps
Mpps
Mpps
Mpps
MPEG4
MPEG4
MPEG4
MPEG4
顔認識
顔認識
顔認識
顔認識
声紋認識
声紋認識
声紋認識
声紋認識
ソフトウェア無線
ソフトウェア無線
ソフトウェア無線
ソフトウェア無線
動画像認識
動画像認識
動画像認識
動画像認識
PDA向けSoCの例
0.18um/
/
/
/400MHz/
/
/
/470mW (typ.)
CPU
I-cache
32KB
D-cache
32KB
I2C
FICP
USB
MMC
UART AC97
I2S
OST
GPIO
SSP
PWM
RTC
DMA cnt.
LCD
Cnt.MEM
Cnt.PWR
CPG
SDRAM
64MB
Flash
32MB
LCD
ペリフェラル領域
ペリフェラル領域
ペリフェラル領域
ペリフェラル領域
4 – 48MHz
データ転送領域
データ転送領域
データ転送領域
データ転送領域
100MHz
プロセッサ領域
プロセッサ領域
プロセッサ領域
プロセッサ領域
Max 400MHz
・
・・
・MMアプリ
アプリ
アプリ
アプリ
MP3
JPEG
簡易動画
簡易動画
簡易動画
簡易動画
6.5MTrs.
・使用
・使用
・使用
・使用時間
時間
時間
時間
6-10Hr
機器仕様
機器仕様
機器仕様
機器仕様
USB if
MMC
KEY
Sound
設計
クロスカット
携帯電話向けSoCの例
CPU
Cache
32KB
XYRAM
16KB
CPG
WDT
CMT
KEYIF
MMC
FLC
SIOF
SCIF
VIF
DMAC
MFI
MEM
Cnt.RAM
ROM
LCD
DSP
URAM
128KB
・
・・
・MMアプリ
アプリ
アプリ
アプリ
MP3
JPEG
MPEG4
Java
・通話時間
・通話時間
・通話時間
・通話時間
140min.
・待受け
・待受け
・待受け
・待受け時間
時間
時間
時間
200Hr
RAM
CMOS camera
Bluetooth
Sound
NAND/AND
Flash
MMC
KEY
ペリフェラル領域
ペリフェラル領域
ペリフェラル領域
ペリフェラル領域
- 33MHz
0.18um/
/
/133MHz/
/
/
/
/170mW (typ.)
13.4Trs.
(
内
内
内
内
SRAM:9.5Mtrs.)
プロセッサ領域
プロセッサ領域
プロセッサ領域
プロセッサ領域
133MHz
Flash
RF
Baseband
SoC
RAM
ROM
Flash
データ転送領域
データ転送領域
データ転送領域
データ転送領域
66MHz
機器仕様
機器仕様
機器仕様
機器仕様
低電力SoCの設計モデル
高周波領域
高周波領域
高周波領域
高周波領域
低周波領域
低周波領域
低周波領域
低周波領域
論理部
論理部
論理部
論理部
メモリ部
メモリ部
メモリ部
メモリ部
F
h
TL
h
CPU, FPU, DSP,
Media Proc.
HW accelerator,
Config. Arrays, ..
F
llll
TM
llll
F
h
TM
h
動作周波数:
動作周波数:
動作周波数:
動作周波数: F
h
Cache,
XY memory,
Work memory,
…
F
h
TL
h
Memory cnt.,
DMAC, Graphic eng.,
Peripheral module, ..
(Ser., Par., Comm.,.)
2
nd-Cache,
2
nd- work mem.,
Global mem.,
Temp. buffer, ….
トランジスタ数:
トランジスタ数:
トランジスタ数:
トランジスタ数:
TL = TL
h+TL
lトランジスタ数:
トランジスタ数:
トランジスタ数:
トランジスタ数:
TM = TM
h+TM
l動作周波数:
動作周波数:
動作周波数:
動作周波数: F
l
設計
クロスカット
低電力SoC設計モデルの初期値
(@130nm)
高周波領域
高周波領域
高周波領域
高周波領域
低周波領域
低周波領域
低周波領域
低周波領域
論理部
論理部
論理部
論理部
メモリ部
メモリ部
メモリ部
メモリ部
4.7Mtrs.
19.6Mtrs.
8.6Mtrs.
F
h
: 180MHz (LSTP)
330Hz (LOP)
620MHz (HP)
F
l
= F
h
/ 4
6.8Mtrs.
11.5Mtrs.
28.2Mtrs.
/ 64mm
2
39.7Mtrs.
集積度のロードマップ
0
200
400
600
800
1000
1200
2002
3
4
5
6
7
8
9
2010
11
12
13
14
15
16
メモリ(低周波)
メモリ(低周波)
メモリ(低周波)
メモリ(低周波)
論理(低周波)
論理(低周波)
論理(低周波)
論理(低周波)
トラ
ン
シ
゙ス
タ
数
トラ
ン
シ
゙ス
タ
数
トラ
ン
シ
゙ス
タ
数
トラ
ン
シ
゙ス
タ
数
Mtrs.
・チップ面積:64mm
2・Tr数増加率: x1.26/year (x2/3years)
メモリ(高周波)
メモリ(高周波)
メモリ(高周波)
メモリ(高周波)
論理(高周波)
論理(高周波)
論理(高周波)
論理(高周波)
設計
クロスカット
チップ面積の分析
0
40
80
120
180
200
0.35u
0.25u
0.18u
0.13u
mm
2ref. ISSCC, CoolChips
テクノロジーノード
テクノロジーノード
テクノロジーノード
テクノロジーノード
チッ
プ面
積
チッ
プ面
積
チッ
プ面
積
チッ
プ面
積
64mm
2デバイスモデル
Ye ar of Produ c tion Ye ar of Produ c tion Ye ar of Produ c tion
Ye ar of Production 2 0 0 22 0 0 22 0 0 22002 2 0 0 42 0 0 42 0 0 42 0 0 4 2 0 0 72 0 0 72 0 0 72 0 0 7 2 0 1 02 0 1 02 0 1 02 0 1 0 2 0 1 32 0 1 32 0 1 32 0 1 3 2 0 1 62 0 1 62 0 1 62 0 1 6 Technology Node DRAM
Technology Node DRAM Technology Node DRAM
Technology Node DRAM nmn mn mn m 1 1 51 1 51 1 51 1 5 9 09 09 09 0 6 56 56 56 5 4 54 54 54 5 3 23 23 23 2 2 22 22 22 2 Ph ysic alGate Le ngth (HP) Ph ysic alGate Le ngth (HP) Ph ysic alGate Le ngth (HP) Ph ysic alGate Le ngth (HP) nmn mn mn m 5 35 35 35 3 3 73 73 73 7 2 52 52 52 5 1 81 81 81 8 1 31 31 31 3 9999 (LOP&LSTP) (LOP&LSTP) (LOP&LSTP) (LOP&LSTP) nmn mn mn m 7 57 57 57 5 5 35 35 35 3 3 23 23 23 2 2 22 22 22 2 1 61 61 61 6 1 11 11 11 1 Supply Vo ltage (HP) Supply Vo ltage (HP) Supply Vo ltage (HP) Supply Vo ltage (HP) VVVV 1 .11 .11 .11 .1 1111 0 .70 .70 .70 .7 0 .60 .60 .60 .6 0 .50 .50 .50 .5 0 .40 .40 .40 .4 Su pply Vo ltage (LOP)
Su pply Vo ltage (LOP) Su pply Vo ltage (LOP)
Su pply Vo ltage (LOP) VVVV 1 .21 .21 .21 .2 1 .11 .11 .11 .1 0 .90 .90 .90 .9 0 .80 .80 .80 .8 0 .70 .70 .70 .7 0 .60 .60 .60 .6 Su pply Vo ltage (LSTP) Su pply Vo ltage (LSTP) Su pply Vo ltage (LSTP) Su pply Vo ltage (LSTP) VVVV 1 .21 .21 .21 .2 1 .21 .21 .21 .2 1 .11 .11 .11 .1 1111 0 .90 .90 .90 .9 0 .90 .90 .90 .9 CV/I (HP) CV/I (HP) CV/I (HP) CV/I (HP) pspspsps 1 .31 .31 .31 .3 0 .9 90 .9 90 .9 90 .9 9 0 .6 80 .6 80 .6 80 .6 8 0 .3 90 .3 90 .3 90 .3 9 0 .2 20 .2 20 .2 20 .2 2 0 .1 50 .1 50 .1 50 .1 5 CV/I (LOP) CV/I (LOP) CV/I (LOP) CV/I (LOP) pspspsps 2 .4 52 .4 52 .4 52 .4 5 1 .8 41 .8 41 .8 41 .8 4 1 .1 41 .1 41 .1 41 .1 4 0 .8 50 .8 50 .8 50 .8 5 0 .5 60 .5 60 .5 60 .5 6 0 .3 50 .3 50 .3 50 .3 5 CV/I (LOP-HS) CV/I (LOP-HS) CV/I (LOP-HS) CV/I (LOP-HS) pspspsps 2 .12 .12 .12 .1 1 .5 81 .5 81 .5 81 .5 8 1111 0 .7 40 .7 40 .7 40 .7 4 0 .50 .50 .50 .5 0 .3 20 .3 20 .3 20 .3 2 CV/I (LOP-UHS) CV/I (LOP-UHS) CV/I (LOP-UHS) CV/I (LOP-UHS) pspspsps 1 .8 41 .8 41 .8 41 .8 4 1 .3 81 .3 81 .3 81 .3 8 0 .8 90 .8 90 .8 90 .8 9 0 .6 60 .6 60 .6 60 .6 6 0 .4 50 .4 50 .4 50 .4 5 0 .2 90 .2 90 .2 90 .2 9 CV/I (LSTP) CV/I (LSTP) CV/I (LSTP) CV/I (LSTP) pspspsps 4 .4 14 .4 14 .4 14 .4 1 2 .6 82 .6 82 .6 82 .6 8 1 .8 11 .8 11 .8 11 .8 1 1 .4 31 .4 31 .4 31 .4 3 0 .9 10 .9 10 .9 10 .9 1 0 .6 60 .6 60 .6 60 .6 6 Isd,le ak ( HP) Isd,le ak ( HP) Isd,le ak ( HP) Isd,le ak ( HP) A/ u mA/ u mA/ u m 3 .0 0 E- 0 8A/ u m 3 .0 0 E- 0 83 .0 0 E- 0 83 .0 0 E- 0 8 1 .0 0 E- 0 71 .0 0 E- 0 71 .0 0 E- 0 71 .0 0 E- 0 7 1 .0 0 E- 0 61 .0 0 E- 0 6 3 .0 0 E- 0 61 .0 0 E- 0 61 .0 0 E- 0 6 3 .0 0 E- 0 63 .0 0 E- 0 63 .0 0 E- 0 6 7 .0 0 E- 0 67 .0 0 E- 0 67 .0 0 E- 0 67 .0 0 E- 0 6 1 .0 0 E- 0 51 .0 0 E- 0 51 .0 0 E- 0 51 .0 0 E- 0 5 Isd,le ak ( LOP) Isd,le ak ( LOP) Isd,le ak ( LOP) Isd,le ak ( LOP) A/ u mA/ u mA/ u m 1 .0 0 E- 1 0A/ u m 1 .0 0 E- 1 01 .0 0 E- 1 01 .0 0 E- 1 0 3 .0 0 E- 1 03 .0 0 E- 1 03 .0 0 E- 1 03 .0 0 E- 1 0 7 .0 0 E- 1 07 .0 0 E- 1 0 1 .0 0 E- 0 97 .0 0 E- 1 07 .0 0 E- 1 0 1 .0 0 E- 0 91 .0 0 E- 0 91 .0 0 E- 0 9 3 .0 0 E- 0 93 .0 0 E- 0 93 .0 0 E- 0 93 .0 0 E- 0 9 1 .0 0 E- 0 81 .0 0 E- 0 81 .0 0 E- 0 81 .0 0 E- 0 8 Isd,le ak ( LOP- HS) Isd,le ak ( LOP- HS) Isd,le ak ( LOP- HS) Isd,le ak ( LOP- HS) A/ u mA/ u mA/ u m 1 .0 0 E- 0 9A/ u m 1 .0 0 E- 0 91 .0 0 E- 0 91 .0 0 E- 0 9 3 .0 0 E- 0 93 .0 0 E- 0 93 .0 0 E- 0 93 .0 0 E- 0 9 7 .0 0 E- 0 97 .0 0 E- 0 9 1 .0 0 E- 0 87 .0 0 E- 0 97 .0 0 E- 0 9 1 .0 0 E- 0 81 .0 0 E- 0 81 .0 0 E- 0 8 3 .0 0 E- 0 83 .0 0 E- 0 83 .0 0 E- 0 83 .0 0 E- 0 8 1 .0 0 E- 0 71 .0 0 E- 0 71 .0 0 E- 0 71 .0 0 E- 0 7 Isd,le ak ( LOP- UHS)
Isd,le ak ( LOP- UHS) Isd,le ak ( LOP- UHS)
Isd,le ak ( LOP- UHS) A/ u mA/ u mA/ u m 1 .0 0 E- 0 8A/ u m 1 .0 0 E- 0 81 .0 0 E- 0 81 .0 0 E- 0 8 3 .0 0 E- 0 83 .0 0 E- 0 83 .0 0 E- 0 83 .0 0 E- 0 8 7 .0 0 E- 0 87 .0 0 E- 0 8 1 .0 0 E- 0 77 .0 0 E- 0 87 .0 0 E- 0 8 1 .0 0 E- 0 71 .0 0 E- 0 71 .0 0 E- 0 7 3 .0 0 E- 0 73 .0 0 E- 0 73 .0 0 E- 0 73 .0 0 E- 0 7 1 .0 0 E- 0 61 .0 0 E- 0 61 .0 0 E- 0 61 .0 0 E- 0 6 Isd,le ak ( LSTP)
Isd,le ak ( LSTP) Isd,le ak ( LSTP)
Isd,le ak ( LSTP) A/ u mA/ u mA/ u m 1 .0 0 E- 1 2A/ u m 1 .0 0 E- 1 21 .0 0 E- 1 21 .0 0 E- 1 2 1 .0 0 E- 1 21 .0 0 E- 1 21 .0 0 E- 1 21 .0 0 E- 1 2 1 .0 0 E- 1 21 .0 0 E- 1 2 3 .0 0 E- 1 21 .0 0 E- 1 21 .0 0 E- 1 2 3 .0 0 E- 1 23 .0 0 E- 1 23 .0 0 E- 1 2 7 .0 0 E- 1 27 .0 0 E- 1 27 .0 0 E- 1 27 .0 0 E- 1 2 1 .0 0 E- 1 11 .0 0 E- 1 11 .0 0 E- 1 11 .0 0 E- 1 1