多媒體處理器通常是便攜式電子設備中功耗最高的器件。降低 CPU 功耗要求的常見方法是降低時鐘頻率或工作電壓，但是一般而言這樣做會使系統性能降低。另一方面，芯片設計人員還提出了各種片上方法來降低功耗，并且不會對系統產生不利影響。本文介紹了這些方法的概念，以及我們如何運用它們實現節能的目的，同時還討論了幫助處理器芯片獲益的一些外部電源管理器件和電源 IC。

有源電源管理

片上電源管理技術主要適用于兩類應用：管理有源系統功耗和管理待機功耗。

有源電源管理分為三個部分：動態電壓與頻率縮放 (DVFS);自適應電壓縮放 (AVS);以及動態電源轉換 (DPS)。另一方面，靜態功耗管理包括在需要進行更多處理以前將空閑系統維持在一種低功耗狀態。這種電源管理使用所謂的靜態漏電管理 (SLM)，其通常利用從待機到關機的數種低功耗模式。

讓我們來看一下有源模式。利用 DVFS，根據應用所要求的不同性能，時鐘頻率和電壓在軟件中得到了降低。例如，一款包括了先進 RISC 機器 (ARM) 和數字信號處理器 (DSP) 的應用處理器，即使 ARM 組件可以運行在高達 600 MHz 的時鐘頻率下，但卻并非總是需要所有這些計算能力。一般而言，軟件會選擇數個預定義處理器工作性能點 (OPP)，其包括確保處理器能夠運行在滿足系統處理要求的最低頻率下的電壓。在對滿足不同應用要求的功耗進行優化的過程中，為了獲得更大的靈活性，人們為處理器中的互連和外設預定義了一個單獨的器件內核 OPP 集。

與給定的 OPP 相對應，軟件向外部穩壓器發出控制信號來設置最低電壓。例如，DVFS 適用于兩個電壓源 VDD1(為 DSP 和 ARM 處理器供電)和 VDD2(為子系統和外設之間的互連供電)，同時這些電源軌提供芯片所需的大部分電量(一般約為全部所需電量的 75% 到 80%)。通過將 DSP 處理器轉入一個 ARM 可以高達 125MHz 時鐘頻率運行的低工作性能點完成對 MP3 解碼的同時，還可以有許多剩余電力用于完成其他任務。為了獲得具有理想功耗的這種功能性，我們可以把 VDD1 降至 0.95V，而非保證 600 MHz 運行的 1.35V 最高電壓。

第二種有源電源管理技術即自適應電壓縮放 (AVS) 基于芯片制造和器件工作壽命期間出現的各種變化。這種技術是相對于 DVFS 的，DVFS 中所有處理器均具有相同的預編程 OPP。正如人們認為的那樣，在大多數現有制造工藝中規定頻率要求的芯片性能符合一種充分定義的電源分配。相比許多“冷”器件，一些器件(即“熱”器件)可以在較低的電壓下達到規定頻率。此時，AVS 便可以發揮作用了—處理器檢測其自有性能水平，并相應地調節各電壓源。專用片上 AVS 硬件可實施一個反饋環路，其并不要求處理器介入，從而動態地優化電壓電平來應對處理結果、溫度和硅芯片性能降低中的變化(請參見圖 1)。