M31 在 6 纳米工艺节点上提供完整的超低功耗存储器 IP 组合，包括 ULL、eLL 和 Low-VDD 存储器解决方案，可同时优化 SoC 的功耗、性能与面积（PPA），特别适用于需要长时间待机和低能耗计算的 Edge AI 与 AIoT 应用。

典型应用场景高度依赖低漏电和快速唤醒能力，包括可穿戴设备、环境传感器、智能摄像头，以及具备图像识别和语音唤醒功能的边缘 AI 推理设备。其核心技术优势包括：

• 降低漏电功耗：eLL 相比 ULL 可进一步降低 5% 至 10% 的漏电，在数据保持模式下可实现约 50% 的漏电降低。
• 支持低电压运行：最低支持 0.6V 工作电压，动态功耗可降至约 0.64 倍。
• 提供多种电源管理模式：最高可实现约 25 倍的节能效果。

M31 超低功耗存储器 IP 已完成初步流片验证（Silicon Validation），可直接支持量产级 SoC 开发。

为什么 Edge AI 与 AIoT 需要超低功耗存储器 IP？

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大多数 Edge AI 与 AIoT 设备采用电池供电，并长期运行于待机、监测或数据保持状态，因此功耗已成为系统设计中的关键考量。与传统计算平台主要追求极致性能不同，AIoT 设计更关注能效、续航时间以及快速唤醒能力。

AIoT 应用的功耗特征是什么？

AIoT 与 Edge AI 设备的功耗特征与传统高性能计算系统存在明显差异，主要体现在以下几个方面：

• 长时间待机
  设备大部分时间处于低活动状态。例如，传感器或可穿戴设备会持续监测环境或生理数据，但并不会持续进行运算
• 事件驱动计算
  系统仅在特定事件发生时启动运算，例如语音唤醒、图像识别或异常事件检测
• 电池供电限制
  大多数 AIoT 应用依赖电池供电，因此必须严格控制能耗，以延长设备续航时间
• 常开模块需求
  部分存储器模块需要持续供电，以保存关键数据或维持系统状态，从而支持随时响应的功能需求

在上述工作模式下，存储器不仅需要降低待机功耗，还必须在系统被唤醒时快速恢复运行，以满足实时处理需求。

为什么存储器漏电流会成为功耗瓶颈？

在 AIoT 和低功耗 SoC 中，存储器漏电流（Leakage）通常是整体功耗的主要来源。这一现象与系统运行模式以及存储器本身的特性密切相关。

1. 待机时间远长于计算时间
   由于设备大部分时间处于待机模式或数据保持模式，此时几乎不存在动态切换活动，因此整体功耗主要由静态漏电决定。
2. SRAM 是 SoC 中面积最大的模块之一
   SRAM 等存储器模块通常占据 SoC 的较大芯片面积。由于漏电功耗与晶体管数量及芯片面积密切相关，因此存储器对整体漏电功耗的影响尤为显著。
3. 数据保持模式仍需维持数据存储
   在数据保持（Retention）模式下，存储器无法完全断电，必须维持最低工作电压以保存数据，因此仍会持续产生漏电流。
4. 实测数据显示漏电优化效果显著
   根据实测数据，eLL 存储器在数据保持模式下的漏电约为 ULL 存储器的一半，表明漏电优化能够直接且有效地降低待机功耗。

综合来看，在以待机为主的 AIoT 系统中，存储器漏电会随着运行时间持续累积，并逐渐成为主要功耗来源。因此，降低漏电是提升系统能效和延长电池续航时间的关键。

M31 在 6 纳米工艺上提供哪些超低功耗存储器 IP 技术？

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M31 在 6 纳米工艺节点上提供完整的超低功耗存储器编译器产品组合，包括 ULL、eLL 和 Low-VDD 存储器解决方案。每种技术均针对不同的低功耗设计需求进行优化，帮助 SoC 设计人员根据特定应用场景选择最合适的存储器架构。

ULL（Ultra Low Leakage）超低漏电存储器编译器采用高密度、低漏电设计，提供兼顾功耗与性能的 SRAM 和寄存器文件（Register File）解决方案，是低功耗 SoC 的主流存储器选择。

eLL（Extreme Low Leakage）极低漏电存储器编译器在 ULL 的基础上进一步优化漏电表现，可额外降低约 5% 至 10% 的漏电功耗，并在数据保持模式下实现约 50% 的漏电降低效果，特别适用于长时间待机和电池供电应用。

Low-VDD 低电压存储器编译器支持最低约 0.6V 的工作电压，可将动态功耗降低至约 0.64 倍，是实现超低功耗计算的重要技术之一。

技术类型	主要优化方向	适用应用
ULL	功耗与性能平衡	通用低功耗 SoC
eLL	极低漏电	长时间待机
Low-VDD	低电压运行	超低功耗运算

指标	漏电流	数据保持模式漏电流	动态功耗	性能
ULL	低	基准	中等	均衡
eLL	更低 (-5~10%)	约为 ULL 的 50%	中等偏低	偏向低功耗优化
Low-VDD	取决于工作电压	取决于具体设计	最低（低电压运行）	随工作电压变化

ULL（Ultra Low Leakage）存储器提供高密度、低漏电的 SRAM 与 Register File 解决方案

ULLULL 是 M31 在 6 纳米工艺节点上的核心低功耗存储器方案之一，主要面向需要兼顾功耗、性能与面积（PPA）的 SoC 设计。该存储器 IP 提供完整的 SRAM 与寄存器文件（Register File）解决方案，并针对低漏电和高密度进行了优化。

其主要技术特点包括：

• 提供高密度存储器配置，适用于面积受限的 SoC 设计
• 在降低漏电功耗的同时保持稳定的性能表现
• 支持多种关键设计功能，包括冗余机制（Redundancy）、电源门控（Power Gating）、扫描测试（Scan）和内建自测试（BIST）
• 可作为主流低功耗应用的基础存储器架构

在实际应用中，ULL 特别适用于需要长期运行且保持稳定性能的 SoC，例如 AIoT 控制芯片、边缘处理器以及其他低功耗嵌入式系统。

eLL（Extreme Low Leakage）存储器进一步降低 5% 至 10% 的漏电并优化长时间待机应用

eLL 是在 ULL 基础上进一步强化漏电控制的存储器技术，专门面向对待机功耗极其敏感的应用场景。根据测试结果，eLL 相较于 ULL 可进一步降低约 5% 至 10% 的漏电功耗。

其主要特点与优势包括：

• 采用针对漏电优化的 bitcell 设计，降低静态功耗
• 在数据保持模式下，漏电可降低至约为 ULL 的一半
• 特别适用于长时间待机或常开模块
• 有助于延长电池供电设备的续航时间

eLL 的设计目标并非追求极致性能，而是将漏电功耗降至最低，因此特别适合作为长待机系统中的关键低功耗存储器方案。

Low-VDD 存储器支持最低 0.6V 工作电压，以降低动态与静态功耗

Low-VDD 是 M31 面向超低功耗应用推出的重要存储器技术。通过支持低电压运行，该方案能够在保证系统正常运算的同时显著提升能效。该技术最低支持约 0.6V 的工作电压。

其核心特点包括：

• 支持低至 0.6V 的工作电压，有助于降低整体功耗
• 根据动态功耗公式，降低电压可显著减少功耗
• 在 0.6V 工作条件下，功耗约为 0.75V 时的 0.64 倍
• 支持常开模块的低电压运行，并可简化系统电源架构设计

Low-VDD 特别适用于低频运行、可在低电压条件下工作的应用，以及对能效要求极高的场景，例如轻量级边缘 AI 推理、传感处理系统以及常开监测设备。

M31 存储器 IP 如何实现超低功耗？

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M31 通过多种架构与电源管理技术实现超低功耗设计。其中，Dual Rail 架构将存储器阵列与外围电路的电源供应分离，使不同模块能够在各自最佳电压下运行，从而提升功耗优化的灵活性与效率。

同时，动态电压频率调节（DVFS）可根据系统负载动态调整工作电压与频率，使存储器能够在不同运行状态之间切换，在功耗与性能之间取得最佳平衡。

此外，多电压域设计允许不同功能模块运行于最适合的电压条件下，实现更精细化的功耗管理，进一步提升整体系统能效。

Dual Rail 架构支持 VDDA 与 VDDP 双电源域设计

M31 存储器 IP 采用 Dual Rail 架构，通过对存储器阵列和外围电路分别供电，提高功耗控制的灵活性与效率。该架构主要包含两个电源域：

• VDDA：为存储器数据存储阵列（Array）供电
• VDDP：为外围电路（Periphery）供电，包括译码器、控制逻辑以及输入输出电路

这种独立供电方式使设计人员能够针对不同模块配置最适合的工作电压。例如，在保证数据稳定存储的前提下，可以降低外围电路的供电电压以减少功耗，而不会影响存储器的数据可靠性。

此外，Dual Rail 架构还能够支持更宽的工作电压范围，使存储器能够适应不同应用场景对于功耗和性能的需求。

DVFS 支持多种运行模式，实现功耗与性能平衡

M31 存储器编译器 IP 支持动态电压频率调节（DVFS），可根据系统需求在不同运行模式之间动态切换，从而在功耗与性能之间实现最佳平衡。

支持的主要运行模式包括：

• 高性能模式（High Performance）
• 工作模式（Active）
• 低功耗工作模式（Low Active）
• 长时间待机模式（Standby）
• 掉电模式（Power Shutdown）

DVFS 的工作原理是根据应用负载动态调整工作电压和频率。在高负载场景下，提高电压和频率以满足性能需求；在低负载或待机状态下，则降低电压和频率以减少功耗。同时，该设计还支持多电压域架构，可根据系统需求为不同功能模块配置适当的工作电压。

这种机制特别适用于 AIoT 应用中常见的间歇式计算场景，使存储器无需长期保持在高功耗运行状态，从而有效提升整体系统能效。

M31 如何通过架构与电路技术实现低功耗与高性能平衡？

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M31 通过先进的电路设计与可配置存储器架构，在低功耗与高性能之间实现最佳平衡。混合阈值电压（Mixed Vt）与辅助电路（Assist）设计可在降低工作电压的同时维持存储器稳定运行，从而兼顾功耗与可靠性。

此外，宽电压工作范围设计使存储器能够在不同电压条件下运行，覆盖从低功耗待机到高性能计算等多种应用场景。通过对 Bank、Mux、RPB 以及 Level Shifter 等架构参数进行优化配置，设计人员还可在功耗、性能与面积（PPA）之间实现进一步优化。

Mixed Vt 與 Assist 電路設計提升低電壓穩定性

在超低功耗设计中，降低工作电压能够有效减少功耗，但同时也会增加电路不稳定和读写失败的风险。为此，M31 采用 Mixed Vt 设计和 Assist 电路技术，以提升存储器在低电压条件下的稳定性与可靠性。

其核心设计方法包括：

• 在同一电路中混合使用低阈值电压（LVT）与标准阈值电压（SVT）器件，以平衡性能与漏电功耗
• 通过 Assist 电路优化读写操作条件，提高 SRAM 在低电压下的可靠性
• 优化信号路径，确保数据在较低供电电压下仍能正确传输

这些设计技术能够在不显著增加功耗的情况下保证存储器稳定运行，特别适用于 Low-VDD 运行模式及各类节能应用场景。

宽电压工作范围支持多样化应用场景

M31 存储器编译器 IP 支持宽电压工作范围，使单一存储器设计能够适应不同电压条件下的运行需求，从而提升跨应用场景的适用性。

其主要特点包括：

• 支持约 0.5V 至 0.9V 的工作电压范围
• 可配合 DVFS 实现不同电压条件下的动态切换
• 在低电压下保持基本功能，在高电压下提供更高性能

这种宽电压工作能力可同时支持以下应用场景：

• 低功耗待机模式
• 通用计算模式
• 高性能计算需求

通过单一 IP 支持多种工作条件，不仅能够降低系统设计复杂度，还可提升整体系统集成效率与设计灵活性。

实测数据如何验证 M31 存储器 IP 的低功耗与性能优势？

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实测结果显示，相较于 ULL 存储器，eLL 存储器在待机模式和数据保持模式下的功耗分别降低约 9% 和 51%，显著提升了长时间待机场景下的能效表现。

在低电压工作条件下，M31 存储器编译器最高可实现约 91% 的功耗降低，展现出低电压设计在节能方面的显著优势。

此外，M31 存储器编译器在不同工作条件下可实现约 30% 至 66% 的性能提升，证明低功耗设计同样能够兼顾高性能需求。

eLL 相比 ULL 在待机模式和数据保持模式下分别降低约 9% 和 51% 功耗

根据 M31 的实测数据，在不同低功耗运行模式下，eLL 存储器相较于 ULL 存储器展现出明显的漏电优化效果。

主要测试结果如下：

• 在待机模式（Standby）下，功耗降低约 9%
• 在数据保持模式（Retention）下，功耗降低约 51%

这些结果表明，eLL 存储器特别适用于长时间待机和电池供电应用，有助于降低静态功耗并延长系统续航时间。

低电压条件下功耗最高可实现约 91% 的改善

除了漏电优化之外，M31 存储器在低电压运行条件下同样展现出显著的功耗降低效果。通过降低供电电压，可以同时减少动态功耗与静态功耗，从而提升整体能效。

主要测试结果如下：

• 随着工作电压降低，功耗呈现明显下降趋势
• 在低电压应用场景下，整体功耗改善幅度最高可达约 91%

这种功耗优化主要源于电压与功耗之间的非线性关系，因此低电压运行能够带来显著的节能效益。

这一特性对于需要长期运行且对能耗高度敏感的应用具有重要价值，例如边缘传感器、环境监测设备以及常开监控系统。

不同工作条件下性能可提升约 30% 至 66%

除了功耗优势之外，存储器 IP 的性能表现同样是 SoC 设计的重要考量。根据实测数据，M31 存储器在不同电压和工作条件下仍能实现明显的性能提升。

• 在特定工作条件下，性能可提升约 30%
• 在其他工作条件下，性能提升幅度可达约 40% 至 66%

这些性能提升来自于电压优化、电路设计优化以及存储器架构优化等多项技术的共同作用，使存储器在不同运行模式下均能保持良好的访问效率。

测试结果表明，低功耗设计并不意味着必须牺牲性能。通过适当的架构与电路优化，系统可以同时获得更高的能效和更好的性能表现。

M31 存储器 IP 是否已具备量产导入能力？

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M31 的 ULL 存储器 IP 已完成关键流片验证（Silicon Validation），表明其设计已经在实际芯片上完成测试，并具备导入量产的基础条件。

与此同时，M31 其他存储器 IP 也已达到量产级水平，具备完整功能、成熟设计以及良好的工艺兼容性，可直接应用于量产级低功耗 SoC 设计。

ULL 存储器已完成流片验证

M31 基于 6 纳米工艺的 ULL 存储器 IP 已完成初步流片验证，验证重点在于确认实际硅片表现与设计模型的一致性，并确保功能与基本电气特性符合设计预期。

已完成验证的项目包括：

• 存储器基本读写功能正常运行
• 满足设计规格中定义的工作条件
• 可在实际芯片中稳定运行
• HDSP、HDOP 等存储器架构已完成验证

完成流片验证意味着该存储器 IP 已不仅停留在设计与仿真阶段，而是经过了实际硅片测试验证。这有助于降低后续 SoC 集成风险，并减少重复验证和设计迭代所需的时间。片上完成測試，降低後續整合風險，這意味著在導入時可以依賴已驗證的硬體行為，減少重複驗證與設計修正的時間。

M31 存储器 IP 已满足量产级 SoC 设计需求

除了完成流片验证之外，M31 存储器 IP 已具备量产级 SoC 导入能力，在功能完整性、设计成熟度以及工艺兼容性方面均满足量产要求。

M31 存储器 IP 的主要特点包括：

• 提供完整的存储器解决方案，涵盖 SRAM 与寄存器文件（Register File）
• 支持关键设计功能，包括冗余机制（Redundancy）、电源门控（Power Gating）、扫描测试（Scan）以及内建自测试（BIST）
• 可根据不同应用需求进行配置优化
• 与目标工艺平台高度匹配，具备量产导入能力

此外，6 纳米工艺本身具备成熟的设计生态和较小的模型偏差（Modeling Gap），进一步提高了 IP 在量产阶段的可预测性和首样成功率。

综合来看，M31 存储器 IP 不仅具备出色的低功耗技术优势，同时也达到了实际产品开发与量产导入所需的成熟度和可靠性。

常見問題