Construction of a low-voltage standard cell library for ultra-low power applications

Abstract

In digital IC design area, low-power computation has been a necessity since applications that required both performance and lower energy operation (such as cellphones and laptops) became popular. Among several low-power techniques, reducing the supply voltage is arguably the most efficient way to reduce power consumption, as they share a quadratic relationship. However, working at lower voltages bring new difficulties and challenges that need to be overcame in order to have significant power consumption gains. This work presents guidelines to construct a standard cell library aimed to be used at a low voltage range, specifically the nearthreshold voltage regime, which was chosen over the sub-threshold voltage regime for a series of reasons explained in the text.

Na área de projeto de circuitos integrados digitais, computação de baixo consumo tem sido uma necessidade desde que aplicações que requerem tanto alta performance quanto baixo consumo de potência (como celulares e laptops) tornaram-se populares. Entre inúmeras técnicas de baixo consumo, diminuir a tensão de alimentação é possivelmente a maneira mais eficiente de reduzir o consumo de potência, visto que a tensão possui uma relação quadrática com o consumo de potência. No entanto, operar circuitos digitais em baixos níveis de tensão acarreta novas dificuldades e desafios que devem ser superados para que os ganhos em economia de potência sejam relevantes. Esse trabalho apresenta diretrizes para construir uma biblioteca de células voltadas para baixos níveis de tensão, especificamente no regime de tensão nearthreshold, que foi escolhido sobre o regime de tensão sub-threshold por uma série de motivos abordados no texto.