A Voltage Binning Technique Considering LVCC Margin Characteristics of Different Process Corners to Improve Power Consumption

Due to remarkable market growth of smart devices, higher performance and more functionalities are required for a core system-on-chip (SoC), and thus the power demand is rapidly increasing. However, aggressive shrink of CMOS transistor have brought severe process variations thereby adversely affected the performance and power consumption under strict power constraint. Voltage binning (VB) scheme is one of the effective post silicon tuning techniques, which can reduce parametric yield loss due to process variations by adjusting supply voltage. In this paper, an optimal supply voltage tuning based voltage binning technique is proposed to reduce average power without an additional yield loss. Considering the different LVCC margins of process corners along with speed and leakage characteristics, the proposed method can optimize the deviation of voltage margin and thus save power consumption. When applying on a 30nm mobile SoC product, the experimental results showed that the proposed technique reduced average power consumption up to 6.8% compared to traditional voltage binning under the same conditions.

공정 코너별 LVCC 마진 특성을 이용한 전력 소모 개선 Voltage Binning 기법

스마트 기기 시장의 눈부신 성장으로 핵심 SoC (System on Chip)에 대한 고성능 다기능 요구와 더불어 전력 소모 또한 급속도로 증가하고 있다. 그러나 이러한 요구 사항을 만족시키기 위해 점점 더 미세화된 공정을 사용하게 되면서 심화된 공정변이(process variation)문제로 인해 설계 마진(design margin)이 증가하여 성능과 전력소모를 악화시켜 궁극적으로 수율에 심각한 악영향을 주고 있다. Voltage binning 기법은 효과적인 post silicon tuning 기법중의 하나로, 개별 칩이 아닌 일정한 범위의 속도와 누설 전류에 따라 칩들을 선별 그룹핑한 bin 단위의 공급 전압 조절을 통해 경제적으로 공정 변이로 인한 parametric 수율 손실을 줄일 수 있다. 본 논문에서는 수율 손실 없이 추가적으로 평균 전력 소모를 개선하기 위한 voltage binning 기반의 최적화된 공급 전압 조절 방법을 제안한다. 제안한 기법은 칩 속도와 누설전류의 특성에 따른 공정 코너들의 서로 다른 LVCC (Low VCC) 마진을 고려하여 전압 마진의 편차를 최적화함으로써 전력 소모를 개선할 수 있다. 제안한 방식을 30나노급 모바일 SoC 제품에 적용한 결과 전통적인 voltage binning 방법 대비 동일조건에서 약 6.8%까지 평균 전력 소모를 줄일 수 있었다.