전력 게이팅 (Power Gating)

한 줄 정의: 사용하지 않는 회로 블록의 전원 공급 자체를 스위치로 차단하여 누설 전력을 줄이는 저전력 설계 기법입니다.

쉽게 풀면

집에서 쓰지 않는 방의 전등 스위치를 아예 꺼두는 것을 떠올리면 됩니다. 반도체 회로도 특정 기능 블록을 당분간 쓰지 않을 것으로 판단되면, 그 블록으로 가는 전원 공급 경로 자체를 스위치 트랜지스터로 끊어버립니다. 전원이 아예 끊기기 때문에 트랜지스터가 켜져 있지 않아도 새어 나가는 미세한 전류인 누설 전류까지 함께 막을 수 있습니다. 다만 다시 켤 때는 전원을 재공급하고 회로가 안정될 때까지 어느 정도 시간이 걸립니다.

왜 중요한가

반도체 공정이 미세화될수록 트랜지스터가 완전히 꺼져 있어도 새어 나가는 누설 전력의 비중이 커지기 때문에, 이를 근본적으로 차단하는 전력 게이팅은 모바일 및 저전력 시스템온칩 설계에서 중요한 기법으로 다루어집니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

"유휴 상태의 연산 블록에 전력 게이팅을 적용하여 누설 전력을 상당 부분 절감할 수 있었다."

쓰지 않는 회로 블록의 전원을 꺼서 누설 전력을 줄였다는 뜻입니다.

"전력 게이팅 스위치의 웨이크업 지연시간을 고려하여 슬립 모드 진입 조건을 설계하였다."

전원을 다시 켤 때 걸리는 지연을 감안해 언제 회로를 재웠다 깨울지를 결정했다는 의미입니다.

조금 더 깊게 보면

전력 게이팅은 일반적으로 헤더 또는 풋터라고 불리는 큰 스위치 트랜지스터를 전원선이나 접지선에 삽입하여 구현합니다. 스위치를 끄고 켜는 과정에서 급격한 전류 변화로 인한 전압 강하 문제가 생길 수 있어, 여러 개의 작은 스위치를 순차적으로 켜는 방식이 흔히 함께 고려됩니다. 또한 회로 상태를 유지해야 하는 경우에는 별도의 리텐션 래치를 두어 전원이 끊긴 동안에도 필요한 값을 보존하기도 합니다.

주의할 점

전력 게이팅은 재부팅과 유사하게 회로를 다시 켜는 데 시간과 에너지가 들기 때문에, 매우 짧은 주기로 자주 켜고 끄는 상황에서는 오히려 이득이 줄어들 수 있다는 점을 고려해야 합니다.