Статический анализ модели подсистемы питания цифровой аппаратуры
Арман Вагаршакович ЕГИАЗАРЯН,
Ян Андреевич ЧУРКИН,
Илья Игоревич ЧЕРНЯВСКИХ,
Артем Михайлович КОЦЫНЯК,
Константин Николаевич КИТАЕВ,
Рубен Артурович БУЧАЦКИЙ,
Александр Сергеевич КАМКИН,
Андрей Владимирович КОРШУНОВ,
Алексей Леонидович ПЕРЕВЕРЗЕВ https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2026-38(3)-3
Аннотация
Традиционные языки описания аппаратуры Verilog/SystemVerilog и VHDL не предоставляют средства для эффективного описания структуры и режимов работы подсистемы питания. Для решения этой проблемы в стандарте IEEE 1801 был представлен формат Unified Power Format (UPF), позволяющий формализовать структуру и правила управления питанием в цифровых системах. Однако, большинство современных САПР, поддерживающих интерпретацию UPF-описаний, являются коммерческими и нередко имеют отклонения от стандарта. При этом некоммерческие инструменты значительно отстают от коммерческих аналогов в степени поддержки конструкций формата и редко включают средства анализа корректности описания подсистемы питания. В работе представлен инструмент для интерпретации UPF-описания и статического анализа модели подсистемы питания, который обеспечивает полную поддержку стандарта IEEE 1801-2018.
Ключевые слова
подсистема питания,
формат описания подсистемы питания UPF,
командный язык инструментов Tcl,
статический анализ,
язык описания аппаратуры,
язык описания аппаратуры Verilog,
язык описания аппаратуры SystemVerilog,
интегральная схема,
система автоматизации проектирования (САПР),
абстрактное синтаксическое дерево (АСД),
система статического анализа языка описания аппаратуры SVAN.
При поддержке: Проект поддерживается Минпромторгом России в рамках ОКР «Разработка системы статического анализа для языка описания аппаратуры», шифр «САПР-Анализ» (в составе ОКР «САПР микроэлектроника», головной исполнитель – АО «МНТЦ МИЭТ»).
Об авторах
Арман Вагаршакович ЕГИАЗАРЯН
Институт системного программирования РАН,
Московский физико-технический институт
Россия
Россия
Аспирант МФТИ, стажер-исследователь отдела компиляторных технологий ИСП РАН. Научные интересы: статический анализ программ, компиляторные технологии, оптимизации
Ян Андреевич ЧУРКИН
Институт системного программирования РАН
Россия
Россия
Научный сотрудник отдела компиляторных технологий ИСП РАН. Научные интересы: статический анализ программ, компиляторные технологии, оптимизации, языки описания аппаратуры.
Илья Игоревич ЧЕРНЯВСКИХ
Институт системного программирования РАН, Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Россия
Россия
Студент бакалавриата НИУ ВШЭ, лаборант отдела технологий программирования ИСП РАН. Научные интересы: статический анализ программ, верификация, проектирование цифровых устройств.
Артем Михайлович КОЦЫНЯК
Институт системного программирования РАН
Россия
Россия
Научный сотрудник отдела технологий программирования ИСП РАН. Научные интересы: формальные методы, компиляторные технологии, модели вычислений, языки программирования.
Константин Николаевич КИТАЕВ
Московский физико-технический институт
Россия
Россия
Студент магистратуры МФТИ. Научные интересы: статический анализ программ, компиляторные технологии, оптимизации.
Рубен Артурович БУЧАЦКИЙ
Институт системного программирования РАН
Россия
Россия
Кандидат технических наук, старший научный сотрудник отдела компиляторных технологий ИСП РАН. Научные интересы: статический анализ программ, компиляторные технологии, оптимизации.
Александр Сергеевич КАМКИН
Институт системного программирования РАН,
Московский физико-технический институт,
Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова,
Российский экономический университет имени Г.В. Плеханова
Россия
Россия
Кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник отдела технологий программирования ИСП РАН, ведущий научный сотрудник РЭУ им. Г.В. Плеханова. Научные интересы: формальные методы, синтез и верификация цифровой аппаратуры, гетерогенные компьютерные системы.
Андрей Владимирович КОРШУНОВ
Акционерное общество «Международный научно-технологический центр МИЭТ»
Россия
Россия
Кандидат технических наук, доцент, руководитель проектов АО «МНТЦ МИЭТ». Области научных интересов: методы и средства автоматизированного проектирования изделий микроэлектроники, включая сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) и системы на кристалле (СнК). Ключевые направления исследований последних лет – проектирование сетей питания СБИС и СНК, энергоэффективное проектирование, разработка средств проектирования для производства фотошаблонов и технологии автоматизированного проектирования для перспективной ЭКБ.
Алексей Леонидович ПЕРЕВЕРЗЕВ
Акционерное общество «Международный научно-технологический центр МИЭТ»
Россия
Россия
Доктор технических наук, доцент, первый заместитель генерального директора АО «МНТЦ МИЭТ». Основное направление научной деятельности: проектирование, анализ и экспериментального исследования информационно-управляющих систем с целью улучшения их технических характеристик, включая исследование и разработку сложно-функциональных блоков, структурных и архитектурных решений, алгоритмов цифровой обработки сигналов и способов их технической реализации.
Список литературы
1. Gibbons A. et al. Low power methodology manual, pp. 208-211. 2007.
2. Gourisetty V. et al. Low power design flow based on Unified Power Format and Synopsys tool chain. 2013 3rd Interdisciplinary Engineering Design Education Conference. IEEE, 2013, pp. 28-31.
3. Haripriya K. R., Somkuwar A., Kumre L. Low power checks in multi voltage designs. Wseas Transactions on Electronics. 2020, vol. 11, pp. 105-111.
4. A Practical Guide to Low-Power Design. User Experience with CPF [Electronic resource], 2009. Available at: http://www.si2.org/events_dir/2009/PowerForward/LowPowerGuide09232009/pfi_lpg_chapters/lpg_sect1_06052009.pdf, accessed: 19.03.2015.
5. Accellera Standards. Unified Power Format (UPF) Standard. Version 1.0. February 22, 2007.
6. IEEE Standard for Design and Verification of Low Power Integrated Circuits: Tech. Rep. 1801-2009. IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2009, Mar. Also known as Unified Power Format (UPF) standard.
7. IEEE Standard for Design and Verification of Low-Power Integrated Circuits: Standard 1801-2013. IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2013, May. Revision of IEEE Std 1801-2009.
8. IEEE Standard for Design and Verification of Low-Power, Energy-Aware Electronic Systems: Standard 1801-2015. IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2016, Mar. Revision of IEEE Std 1801-2013.
9. IEEE Standard for Design and Verification of Low-Power, Energy-Aware Electronic Systems: Standard 1801-2018 / IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2019, Mar. Revision of IEEE Std 1801-2015.
10. IEEE Standard for Design and Verification of Low-Power, Energy-Aware Electronic Systems: Standard 1801-2024. IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2025, Mar. Revision of IEEE Std 1801-2018.
11. Чуркин Я.А., Бучацкий Р.А., Китаев К.Н., Волохов А.Г., Долгодворов Е.В., Камкин А.С., Коцыняк А.М., Самоваров Д.О. Система статического анализа для языка описания аппаратуры SystemVerilog. Труды Института системного программирования РАН. 2025;37(1):7-40.
12. IEEE Standard for Liberty Variation Format (LVF), IEEE Std 1603-2023. IEEE, 2023.
13. Шашков А. С. Проектирование цифровых систем с пониженным энергопотреблением с применением технологии UPF-описания подсистемы питания. Информатика, 2016, №. 3, с. 90-104.
14. Tcl community. Tcl Tool Command Language, 2025. Available at: https://www.tcl-lang.org, accessed 01.11.2025.
15. Cadence Documentation. Available at: https://www.cadence.com/en_US/home/resources/documentation.html, accessed 01.11.2025.
16. Silicon Integration Initiative (Si2). Common Power Format Specification, Version 1.0. Austin, TX: Si2, Inc., March 2007.
17. SpyGlass: Early Design Analysis Tools for SoCs. Available at: https://www.synopsys.com/verification/static-and-formal-verification/spyglass.html, accessed 01.11.2025.
18. VCS: Functional Verification Solution. Available at: https://www.synopsys.com/verification/simulation/vcs.html, accessed 01.11.2025.
19. Questa One smart verification solution. Available at: https://eda.sw.siemens.com/en-US/ic/questa-one/, accessed 01.11.2025.
20. The OpenROAD Project. OpenROAD’s unified application implementing an RTL-to-GDS. Available at: https://github.com/The-OpenROAD-Project/OpenROAD, accessed 01.11.2025.
21. OpenROAD. Available at: https://github.com/The-OpenROAD-Project/OpenROAD/issues/5617, accessed 01.11.2025.
22. Mike Popoloski, slang – SystemVerilog Language Services. Available at: https://github.com/MikePopoloski/slang, accessed 01.11.2025
23. IEEE Standard for SystemVerilog–Unified Hardware Design, Specification, and Verification Language. IEEE Std 1800-2017. 1315 p. DOI: 10.1109/IEEESTD.2018.8299595.
24. РАН, Институт системного программирования. ReadCells компилятор Liberty, 2025. Доступно по ссылке: https://gitlab.ispras.ru/mvg/readcells, дата обращения: 16.06.2025.
25. Tcl community. Tcl C API, 2025. Available at: https://www.tcl-lang.org/man/tcl8.7/TclLib/, accessed 01.11.2025.
26. Schreiner, Henry. CLI11 Command Line Parser. Available at: https://github.com/CLIUtils/CLI11, accessed 01.11.2025.
27. OpenXuantie – OpenC910 Core, Available at: https://github.com/XUANTIE-RV/openc910, accessed 01.11.2025.
28. EPFL, ESL. x-heep: eXtendable Heterogeneous Energy-Efficient Platform. Available at: https://github.com/esl-epfl/x-heep, accessed 01.11.2025.
29. insularity1337. 8b10b encoder/decoder implementations. Available at: https://github.com/insularity1337/8b10b, accessed 01.11.2025.
30. OpenROAD UPF test example. Available at: https://github.com/The-OpenROAD-Project/OpenROAD/tree/master/test/upf, accessed 01.11.2025.
31. x-heep issue: несоответствие языковым стандартам. Available at: https://github.com/esl-epfl/x-heep/issues/687, accessed 01.11.2025.
32. b10b issue: несоответствие языковым стандартам. Available at: https://github.com/insularity1337/8b10b/issues/2, accessed 01.11.2025.
33. OpenROAD issue. Available at: https://github.com/The-OpenROAD-Project/OpenROAD/issues/7363, accessed 01.11.2025.
34. OpenROAD pull request. Available at: https://github.com/The-OpenROAD-Project/OpenROAD/pull/7407, accessed 01.11.2025.
Рецензия
Для цитирования:
ЕГИАЗАРЯН А.В., ЧУРКИН Я.А., ЧЕРНЯВСКИХ И.И., КОЦЫНЯК А.М., КИТАЕВ К.Н., БУЧАЦКИЙ Р.А., КАМКИН А.С., КОРШУНОВ А.В., ПЕРЕВЕРЗЕВ А.Л. Статический анализ модели подсистемы питания цифровой аппаратуры. Труды Института системного программирования РАН. 2026;38(3):45-70. https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2026-38(3)-3
For citation:
YEGHIAZARYAN A.V., CHURKIN Ya.A., CHERNYAVSKIKH I.I., KOTSYNYAK A.M., KITAEV K.N., BUCHATSKIY R.A., KAMKIN A.S., KORSHUNOV A.V., PEREVERZEV A.L. Static Analysis of Power Intent in Integrated Circuits. Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS (Proceedings of ISP RAS). 2026;38(3):45-70. (In Russ.) https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2026-38(3)-3
Послать статью по эл. почте 