文档介绍：浙江大学
硕士学位论文
超大规模集成电路设计中电源网格的分析及优化
姓名:卓成
申请学位级别:硕士
专业:物理电子学
指导教师:陈抗生
20070515
摘要真或者优化,最后将解映射回最初的电路。本文的主要贡献如下:本文的实验平台是机,.的琁哪诖婧蚖操作系统。实验结果表明,相较于诸多工业界常用的算法,本文提出的一系列基于代数多重网格法的算法不仅速度更快,获得的解的精度也更高。通过使用要刖湍芡瓿捎呕獭随着芯片设计进入超深亚微米级阶段,电源信号完整性已经成为制约芯片总体性能的一个重要因素。一个设计粗劣的电源网格很容易引起额外的逻辑延迟,信号完整性问题,甚至芯片的功能性错误。为了保证电源网格设计的鲁棒性,需要对电源网格设计进行反复的分析和优化。然而由于电源网格规模巨大,传统的仿真器受限于时间和内存,无法对其进行快速仿真。本文提出了一系列基于代数多重网格法的电源网格分析和优化算法,主要思想是首先通过代数多重网格法把电路的规模减小,然后在衰减后的电路上进行仿针对电源网格的巨大规模,本文提出了一种改进后的基于代数多重网格法的衰减策略,这种策略在保证一定精度的情况下通过动态阈值提高衰减效率。根据改进的基于代数多重网格法的衰减策略,本文提出了一种快速的瞬态分析算法;然后将其和共轭梯度法结合,提出了代数多重网格法预优的共轭梯度法,可以对电路进行精确的分析;同时本文还提出了插值算子的微调算法,可以对调整后的电路进行快速仿真。本文最后还提出了基于代数多重网格法的去耦电容优化算法。这种算法可以适用于任意结构的电源网格,并能对大规模电路进行快速高效的优化。本文提出的技术,一个有一百六十万节点的电源网格可以在种幽谕瓿个时间步的瞬态分析;同样对于这个电路,直流分析只需要刖湍艽锏旷的精度;对于一个有一百万个节点的电源网格,本文的去耦电容优化算法只需关键词:超大规模集成电路,电源网格,去耦电容,多重网格法,共轭梯度法浙江大学硕士学位论文
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第滦髀引言芯片供电网络设计概述随着超大规模集成电路能低功耗的电路设计具有小尺寸,高集成度以及低供电电压的特征。高性能低功耗的芯片设计趋势对于芯片供电网络的设计有两个方面的影响规模变得越来越大。另一方面,供电电压的降低,容易引起噪声容限切换错误:逻辑门时延的增高则会导致电路开关速度降低,无法满足时序要求。高性能的芯片设计一般采用多层金属布线,每层的供电网络呈现规则/不规韵录虺莆杓平氤钛俏⒚准叮咝阅艿凸牡牡缏飞杓剖艿皆嚼丛酱蟮男枨骩。高性能设计一般具有小尺寸的逻辑器件,完善的电路功能以及紧凑的版图规划;低功耗设计一般具有较低的供电电压以有效地减小整体功耗【,以下简称昙傻缏贩⒄骨魇疲颐强梢清楚地看见,随着芯片设计制造工艺的提高,芯片的特征尺寸迅速减小,布线层数增多,晶体管集成密度增加,时钟工作频率也相应增大【俊R虼耍鼻案咝【,。一方面,为了满足千万个乃至上亿个晶体管的供电需求,供电网络的慕档秃吐呒攀毖拥脑黾印T肷菹薜慕档突岬贾侣呒藕退嫫鞯如果由于电压降噪声的影响使得芯片无法正常工作,那么即使芯片尺寸再小,工作频率再高,功耗再节省,这样的设计依然会被认为是失败之作。由此可见,供电网络设计的良好与否,将会切实影响到芯片可靠性的高低,在现代电路设计中,芯片供电网络的设计已然变成制约芯片整体性能的一个重要因素】。
想的供电电压洌歉菥咛宓母涸亍⒌缏方峁购涂9仄德食氏植煌牡缪经过回流途径上的电感就会形成交流压降,从而引起噪声【俊应,一般是增加金属线的宽度以保证电流密度‘厂在允许的范围之内】。过大的电压降,同步开关噪声或者电迁移都会危及芯片的整体性能乃至设计的可靠性。因此,在电源网格的设计中需要仔细考虑上述因素的影响,并通过高则的网状结构,层与层之间通过通孔鯽樱员苊庥捎诠┑绮蛔愣薹正常工作】。这样的供电网络包含了电源网格赝直鹩靡蕴峁￢/藕拧5缭矗赝裣嗷ゼ浯嬖谧乓欢ㄓ跋欤虑到二者的对称性,一般都是将电源,地网格的设计闯题转化为一个单一灼电源网格的设计问题【俊U庋纳杓品椒ǘ苑治鼍ǘ鹊挠跋旌苄。强梢源蟠蠹少设计的复杂度【俊R虼吮韭畚慕饕L教止┑缤缰械缭赐竦纳杓莆侍狻电源网格可以为数字信号的转换提供稳定的电压参考。当前微处理器的大部分电路都是数字电路,在数字电路中,需要正确判断数字“焙褪帧”,因此需要一个稳定的参考电压。一旦参考电压不稳定,就很有可能造成错判,从而影响芯片的正常工作。电源网格的另一个作用是为所有的逻辑门提供电源电压。电源网格上过大的噪声会影响逻辑门的供电电位,从而使得逻辑门无法正常开关由于线上电阻的存在,以及电路器件