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布图规划和电源/地网络的协同设计技术

作　者: 罗佐
导　师: 夏银水
学　校: 宁波大学
专　业: 电路与系统
关键词: VLSI 电压降 布图规划 电源/地网络 协同设计
分类号: TN402
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着VLSI制造工艺进入深亚微米阶段，VLSI版图特征尺寸不断减小使得互连电阻不断增大，单位面积晶体管数不断增多使得供电电流密度不断增加，时钟频率不断增高使得电感效应更加显著，以上这些因素都会使得电源/地网络上的电压降增加；而另一方面，晶体管阈值电压不断增大，使得晶体管更容易受电压降的影响，过多的电压降会减弱逻辑门的驱动能力，降低电路的性能和噪声容限，甚至使整个电路失效。因此，在VLSI设计过程中，电压降问题应该得到足够的重视并且在物理设计的早期得到有效的解决。传统SoC设计流程在后版图阶段处理电压降问题，此时整个芯片设计已经完成，如果发现违反电压降约束，必须回到布图规划阶段重新布图，整个过程复杂低效。本文针对SoC设计流程和电压降的特点，在调研目前国内外有关布图规划和电源/地网络设计现状的基础上，提出了一种有效降低电压降的启发式算法—布图规划和电源/地网络协同设计方法，这种方法将布图规划和电源/地网络的设计整合在一起，从而实现快速有效修正电压降问题的SoC设计方法。本文所提出的方法采用了MCNC标准测试电路进行了验证，实验结果表明该方法可以有效修正电压降问题。论文的研究主要包括以下三个部分：1.模块的布图规划对电源/地网络线的电流密度分布影响很大，本文对布图规划进行研究，针对传统模拟退火算法在速度和效果上的不足提出了基于快速模拟退火算法的可切割布图规划方法，从而提高了布图规划的效率和效果。2.电源/地网络的拓扑结构对电源/地网络节点的电压降影响很大，本文对电源/地网络拓扑结构进行研究，针对传统方法通过单一增加线宽或线间距降低电压降可能存在的不能收敛的问题，提出了采用分步增加线宽和线间距的策略，从而有效减小电压降。3.针对传统SoC设计流程减小电压降的过程复杂和低效的缺陷，引入了布图规划和电源/地网络协同设计方法，从而在芯片面积优化的同时快速修正电压降问题。实验结果表明采用的方法可以有效降低电压降。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
引言  9-11
1 绪论  11-17
  1.1 研究的背景及意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-15
    1.2.1 布图规划研究  12-14
    1.2.2 电源/地网络的设计  14-15
  1.3 论文结构和安排  15-17
2 SoC 布图规划及电源/地网络概述  17-28
  2.1 SoC 概述  17-18
  2.2 电压降（IR-drop）介绍  18
  2.3 SoC 布图规划概述  18-21
    2.3.1 布图规划问题描述  19
    2.3.2 可切割布图规划  19-20
    2.3.3 不可切割布图规划  20-21
    2.3.4 布图规划成本函数  21
  2.4 SoC 电源/地网络(P/G network)概述  21-27
    2.4.1 电源/地网络拓扑结构  22
    2.4.2 电源完整性限制条件  22-27
  2.5 本章小结  27-28
3 基于快速模拟退火算法的可切割布图规划  28-45
  3.1 布图规划表示方法  28-32
    3.1.1 序列对(Sequence Pair)表示法  28-30
    3.1.2 B*-tree 表示法  30-31
    3.1.3 波兰正则表达式  31-32
  3.2 模拟退火算法  32-34
  3.3 快速模拟退火算法  34-36
  3.4 MCNC 基准测试电路介绍  36-39
  3.5 基于快速模拟退火算法的可切割布图规划的实现  39-44
    3.5.1 相邻结构及三种扰动的定义  39-40
    3.5.2 成本函数  40-41
    3.5.3 算法描述  41-42
    3.5.4 实验结果与分析  42-44
  3.6 本章小结  44-45
4 布图规划与电源/地网络同设计  45-60
  4.1 SoC 物理设计流程  45-47
    4.1.1 已有的两种设计流程  45-46
    4.1.2 提出的协同设计流程  46-47
  4.2 电源/地网络的设计  47-54
    4.2.1 电源/地网络的构建  47-49
    4.2.2 宏电流源（Macrocurrent-Source）建模  49-50
    4.2.3 电源/地网络分析  50-54
  4.3 提出的调整电压降的策略  54-56
    4.3.1 减小电源/地网络线间距  54-55
    4.3.2 增加电源/地的线宽  55-56
  4.4 协同设计算法实现  56-58
    4.4.1 算法描述  56-57
    4.4.2 成本函数  57
    4.4.3 实验结果及分析  57-58
  4.5 本章小结  58-60
5 结论  60-62
  5.1 主要工作  60-61
  5.2 工作展望  61-62
参考文献  62-65
在学研究成果  65-66
致谢  66

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 微电子学、集成电路（IC） > 一般性问题 > 设计
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