芝能智芯出品

在以AI为代表的计算密集型时代，芯片功耗已不再只是一个成本问题，而是关乎系统稳定性、产品寿命乃至环境可持续性的核心议题。

ProteanTecs提出的基于每芯片、每系统实时可见性和预测模型的VDDmin自适应优化方案，为行业提供了一种切实可行的低功耗高可靠性解决路径。

通过片上嵌入式监控器与机器学习技术的协同，突破了传统以最坏情况设计为基础的冗余设计逻辑，实现了生产与使用阶段的持续动态调节，从而在保障系统可靠性的前提下，有效降低了芯片功耗并延长使用寿命。

Part 1芯片功耗控制的现实困境与传统方法的局限

芯片设计中电压设定通常依据静态最坏情况原则，即根据温度、老化、制程波动、负载波动等多重变量中的最大应力条件设定最低工作电压VDDmin。

虽然这种方式能够覆盖所有潜在极端情况，但也带来明显弊端：

◎ 一方面多数芯片在日常运行中并未真正遭遇这些极端工况，导致电压冗余和功耗浪费；

◎ 另一方面，在功能测试阶段精确判定每颗芯片Vmin的测试流程复杂、耗时、成本高，迫使厂商在精度与效率间取舍，最终选择相对保守的电压设定。

传统的自适应电压调节（AVS）机制虽能实现一定程度的动态电压调整，但通常依赖静态校准曲线和固定裕度，难以对运行中实际负载、路径延迟变化做出精准响应。

因此，传统方法不仅在功耗控制方面存在结构性浪费，也在产品可靠性与寿命管理方面缺乏个性化支撑。

proteanTecs提出的节能解决方案，正是对这一长期矛盾的根本性重构。

其核心机制在于：通过嵌入式片上代理（embedded agents）对芯片关键路径进行实时监测，结合机器学习模型预测每颗芯片、每一运行环境下的最优VDDmin，从而实现更为精细的动态供电控制。

Part 2 技术实现：片上代理、实时可见性与机器学习预测模型

proteanTecs的技术路线围绕三个核心组件展开：

◎ 第一，嵌入式片上监视器。这些代理布设在芯片内部关键路径处，实时记录延迟、负载、温度等动态数据，构成芯片当前运行状况的高精度快照。相较于传统仿真或批量测试所得统计数据，这种细粒度监测能够反映芯片在实际工作负载下的真实状态。

◎ 第二，基于AI的预测模型。在量产测试阶段，proteanTecs不再通过反复测试逼近芯片最小工作电压，而是通过代理获取有限样本数据后，训练预测模型来估算每颗芯片的最优VDDmin。这一方式兼顾了测试效率与个体差异精度，避免了传统方法中普遍存在的"一刀切"电压配置。

◎ 第三，系统级运行时优化。在芯片部署于实际系统后，proteanTecs可继续通过代理在现场运行过程中监测功能性负载下的时序裕度变化，并结合预测模型调整供电电压。这种按需、按场景的自适应供电机制，真正实现了生命周期全程的动态功耗调节。

方案的最大优势在于其打通了芯片设计、生产、测试、运行的全链路闭环：

从预测性VDDmin建模到现场电压调节形成自学习、自适应体系，使功耗控制不再依赖静态裕度而转向以运行数据为驱动的精细优化。

实践中，proteanTecs方案已可实现8%至14%的功耗下降，芯片温度显著降低，并进一步将使用寿命延长20%至90%。

在高性能计算、边缘AI等场景中，芯片热管理与系统可靠性日益成为设计瓶颈。温度下降不仅减少了漏电、迁移和介质击穿等失效机制发生概率，也优化了整个封装散热设计的要求，带来系统级能效改进。

  小结

面对AI驱动的算力爆发、先进工艺节点的电压窗口压缩与可靠性挑战，芯片功耗不再只是一个能源指标，更是系统工程的核心变量，通过片上代理与机器学习结合，实现了芯片个体差异的可见性与功耗优化的可操作性。

这种细粒度、实时化的供电调节机制有望与更广泛的chiplet架构、弹性计算调度及系统层功耗调控协同，成为下一代高性能、长寿命、绿色计算系统的关键。

       原文标题 : AI芯片：“功耗即性能”