2026年集成電路低功耗設(shè)計全國測驗試卷及答案考試時長：120分鐘滿分：100分試卷名稱：2026年集成電路低功耗設(shè)計全國測驗試卷考核對象：集成電路設(shè)計專業(yè)學(xué)生及從業(yè)者題型分值分布：-判斷題（20分）-單選題（20分）-多選題（20分）-案例分析（18分）-論述題（22分）總分：100分---一、判斷題（共10題，每題2分，總分20分）1.低功耗設(shè)計的主要目標(biāo)是在滿足性能要求的前提下最大限度地減少電路功耗。2.CMOS電路的靜態(tài)功耗主要來源于亞閾值電流和漏電流。3.電源門控技術(shù)（PowerGating）通過完全斷開晶體管的電源通路來降低靜態(tài)功耗。4.動態(tài)電壓頻率調(diào)整（DVFS）技術(shù)僅適用于高性能計算芯片，不適用于低功耗應(yīng)用。5.晶體管的閾值電壓（Vth）越高，亞閾值電流越小，靜態(tài)功耗越低。6.低功耗設(shè)計中的時鐘門控（ClockGating）技術(shù)可以減少時鐘網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)功耗。7.電路的功耗與其工作頻率成正比，與電壓的平方成正比。8.低功耗設(shè)計中的電源網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化主要目的是降低電源噪聲，而非減少功耗。9.異步電路由于沒有時鐘信號，因此可以實現(xiàn)零功耗運行。10.FinFET晶體管相比傳統(tǒng)PlanarMOSFET具有更低的漏電流，更適合低功耗設(shè)計。二、單選題（共10題，每題2分，總分20分）1.以下哪種技術(shù)不屬于低功耗設(shè)計方法？（）A.電源門控（PowerGating）B.動態(tài)電壓頻率調(diào)整（DVFS）C.電路級聯(lián)（Cascading）D.時鐘門控（ClockGating）2.在低功耗設(shè)計中，以下哪種晶體管結(jié)構(gòu)具有最低的漏電流？（）A.PlanarMOSFETB.FinFETC.SOIMOSFETD.GaNHEMT3.以下哪種電路拓撲結(jié)構(gòu)最適合低功耗應(yīng)用？（）A.同步電路B.異步電路C.脈沖模式電路D.以上皆非4.低功耗設(shè)計中，以下哪種方法可以顯著降低亞閾值電流？（）A.提高工作頻率B.降低閾值電壓（Vth）C.增加電源電壓（Vdd）D.優(yōu)化電源網(wǎng)絡(luò)5.動態(tài)電壓頻率調(diào)整（DVFS）技術(shù)的核心思想是？（）A.在高負載時提高頻率，低負載時降低頻率B.始終保持高頻率運行C.始終保持低頻率運行D.禁用時鐘信號6.以下哪種技術(shù)主要用于減少時鐘網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)功耗？（）A.電源門控（PowerGating）B.時鐘門控（ClockGating）C.電壓調(diào)節(jié)器（VRM）優(yōu)化D.電路級聯(lián)（Cascading）7.低功耗設(shè)計中，以下哪種方法可以減少電路的漏電流？（）A.提高工作溫度B.降低工作溫度C.增加電源電壓（Vdd）D.減小晶體管尺寸8.以下哪種電路結(jié)構(gòu)最適合低功耗應(yīng)用？（）A.CMOS電路B.BJT電路C.MOSFET電路D.以上皆非9.低功耗設(shè)計中，以下哪種技術(shù)可以減少電路的開關(guān)功耗？（）A.電源門控（PowerGating）B.動態(tài)電壓頻率調(diào)整（DVFS）C.電路級聯(lián)（Cascading）D.時鐘門控（ClockGating）10.以下哪種技術(shù)主要用于優(yōu)化電源網(wǎng)絡(luò)的分布，減少電壓降？（）A.電源門控（PowerGating）B.動態(tài)電壓頻率調(diào)整（DVFS）C.電路級聯(lián)（Cascading）D.電源網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化（PowerNetworkOptimization）三、多選題（共10題，每題2分，總分20分）1.低功耗設(shè)計的核心目標(biāo)包括？（）A.減少靜態(tài)功耗B.減少動態(tài)功耗C.提高性能D.延長電池壽命2.以下哪些技術(shù)可以用于降低電路的靜態(tài)功耗？（）A.電源門控（PowerGating）B.動態(tài)電壓頻率調(diào)整（DVFS）C.電路級聯(lián)（Cascading）D.時鐘門控（ClockGating）3.以下哪些晶體管結(jié)構(gòu)具有較低的漏電流？（）A.FinFETB.SOIMOSFETC.PlanarMOSFETD.GaNHEMT4.低功耗設(shè)計中，以下哪些方法可以減少電路的動態(tài)功耗？（）A.降低工作頻率B.降低電源電壓（Vdd）C.優(yōu)化電源網(wǎng)絡(luò)D.減少電路開關(guān)活動5.動態(tài)電壓頻率調(diào)整（DVFS）技術(shù)的優(yōu)勢包括？（）A.降低功耗B.提高性能C.延長電池壽命D.增加電路復(fù)雜度6.以下哪些技術(shù)可以用于優(yōu)化電源網(wǎng)絡(luò)，減少電壓降？（）A.電源門控（PowerGating）B.動態(tài)電壓頻率調(diào)整（DVFS）C.電路級聯(lián)（Cascading）D.電源網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化（PowerNetworkOptimization）7.低功耗設(shè)計中，以下哪些方法可以減少亞閾值電流？（）A.提高工作溫度B.降低閾值電壓（Vth）C.增加電源電壓（Vdd）D.優(yōu)化電路拓撲8.以下哪些電路拓撲結(jié)構(gòu)適合低功耗應(yīng)用？（）A.同步電路B.異步電路C.脈沖模式電路D.以上皆非9.低功耗設(shè)計中，以下哪些技術(shù)可以減少時鐘網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)功耗？（）A.時鐘門控（ClockGating）B.時鐘多路復(fù)用（ClockMultiplexing）C.電源門控（PowerGating）D.電路級聯(lián)（Cascading）10.以下哪些因素會影響電路的功耗？（）A.工作頻率B.電源電壓（Vdd）C.電路拓撲D.工作溫度四、案例分析（共3題，每題6分，總分18分）1.案例背景：某低功耗移動處理器需要在不同負載下運行，其功耗隨頻率和電壓的變化關(guān)系如下：-頻率：1GHz時功耗為500mW，0.5GHz時功耗為250mW。-電壓：1.2V時功耗為600mW，1.0V時功耗為400mW。問題：-若處理器在高負載時需要保持1GHz頻率，低負載時可以降至0.5GHz，如何通過DVFS技術(shù)優(yōu)化功耗？-若處理器在高負載時需要1.2V電壓，低負載時可以降至1.0V，如何通過電壓調(diào)整優(yōu)化功耗？2.案例背景：某低功耗CMOS電路設(shè)計需要減少靜態(tài)功耗，其電路結(jié)構(gòu)包含多個邏輯門，其中亞閾值電流占靜態(tài)功耗的60%。問題：-如何通過電源門控技術(shù)減少靜態(tài)功耗？-如何通過優(yōu)化晶體管尺寸減少亞閾值電流？3.案例背景：某低功耗電路設(shè)計需要優(yōu)化電源網(wǎng)絡(luò)，其電路包含多個模塊，電源網(wǎng)絡(luò)存在明顯的電壓降。問題：-如何通過電源網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)減少電壓降？-如何通過時鐘門控技術(shù)減少動態(tài)功耗？五、論述題（共2題，每題11分，總分22分）1.論述題：請論述低功耗設(shè)計中的電源門控（PowerGating）和時鐘門控（ClockGating）技術(shù)的原理、優(yōu)缺點及適用場景。2.論述題：請論述低功耗設(shè)計中，如何通過電路級聯(lián)（Cascading）和電路拓撲優(yōu)化（TopologyOptimization）技術(shù)降低電路功耗，并舉例說明。---標(biāo)準(zhǔn)答案及解析一、判斷題1.√2.√3.√4.×（DVFS適用于多種應(yīng)用場景，不僅限于高性能計算）5.√6.√7.√8.×（電源網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化主要目的是減少電壓降，從而降低功耗）9.×（異步電路功耗仍取決于電路活動，并非零功耗）10.√解析：-判斷題主要考察對低功耗設(shè)計基本概念的掌握，需結(jié)合電路原理和設(shè)計方法進行判斷。二、單選題1.C2.B3.A4.B5.A6.B7.B8.A9.B10.D解析：-單選題主要考察對低功耗設(shè)計方法的區(qū)分和理解，需結(jié)合實際應(yīng)用場景進行選擇。三、多選題1.A,B,D2.A,D3.A,B4.A,B,D5.A,C6.D7.B,D8.A,B,C9.A,B10.A,B,C,D解析：-多選題主要考察對低功耗設(shè)計多方面知識的綜合理解，需結(jié)合多個選項進行分析。四、案例分析1.參考答案：-DVFS優(yōu)化：高負載時保持1GHz，低負載時降至0.5GHz，功耗可從500mW降至250mW。-電壓調(diào)整優(yōu)化：高負載時保持1.2V，低負載時降至1.0V，功耗可從600mW降至400mW。解析：-DVFS通過調(diào)整頻率和電壓降低功耗，需根據(jù)負載需求進行動態(tài)調(diào)整。2.參考答案：-電源門控：通過斷開不活動模塊的電源通路，減少靜態(tài)功耗。-優(yōu)化晶體管尺寸：減小晶體管尺寸可降低亞閾值電流，但需平衡性能和功耗。解析：-靜態(tài)功耗主要來自亞閾值電流和漏電流，需通過電源門控和晶體管優(yōu)化降低。3.參考答案：-電源網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化：增加電源軌數(shù)量，優(yōu)化布線減少電壓降。-時鐘門控：通過斷開不活動模塊的時鐘信號，減少動態(tài)功耗。解析：-電源網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和時鐘門控是降低動態(tài)功耗的有效方法。五、論述題1.參考答案：-電源門控：通過斷開不活動模塊的電源通路，減少靜態(tài)功耗。優(yōu)點是簡單高效，缺點是可能引入時序問題。適用場景：低活動模塊的電源管理。-時鐘門控：通過斷開不活動模塊的時鐘信號，減少動態(tài)功耗。優(yōu)點是簡單，缺點是可能引入時鐘偏移問題。適用場景：低活動模塊的時鐘管理。解析：-兩種技術(shù)均通過減少不活動模塊的功耗，但原理和適用場景不同。2.參考答案：-電路級聯(lián)：通過將電路分為多個級聯(lián)模塊，低負載時關(guān)閉部分模塊，減少功耗。優(yōu)點是靈活，缺點是增加電路復(fù)雜度。-