随着移动设备的普及和计算机图形学的发展,图形处理器在各个领域中得到了广泛的应用,无论是商业办公还是普通的家用系统计算机,或者是游戏发烧友,对于图形处理器的性能要求越来越高,而面对目前纳米级工艺制程,芯片的高能耗成为制约系统性能提升的一个瓶颈,寻求新的低功耗技术以及合理地规划低功耗设计方案,成为高性能低功耗设计得以实现的主要途径。本文在分析CMOS数字集成电路功耗来源和影响因素的基础上,对物理设计阶段几种关键的低功耗方法进行研究,并应用于图形处理计算单元的物理设计。论文首先分析了图形处理计算单元的系统结构特点,根据最初的功耗分布和前端设计对不同工作场景下负载调度运算量的需求,将多个计算模块适时切换进行关断,使图形处理计算单元工作于三种不同的模式,并对高速缓存模块和其它工作模块采取不同的供电策略,从而确定合适的低功耗方案。然后,依据低功耗方案,采用统一电源格式UPF来规划整体的电源意图并完成低功耗的逻辑综合,调用布局布线进行反馈迭代获得最优的网表,以此作为低功耗物理设计的输入进行电源门控、时钟门控、多电压域技术的物理实现,对实现后的设计进行了静态验证、低功耗检查和静态时序分析。最后,对传统物理设计和低功耗设计进行功耗分析和对比。本次低功耗设计基于Global Foundries 14nm工艺,设计包含 160万实例单元（Instance）,总面积为 1300*1500um2,典型工作模式下频率达到1661.1MHz。在采用传统的物理设计之后得到的总功耗为585.5mW,运用多重低功耗设计方案之后所得设计总功耗为324.9mW,总体功耗减少了44.5%,由此可见,本次设计在没有影响电路性能并满足时序要求的基础上,采取的低功耗策略使图形处理计算单元的总功耗得到明显降低。