多电压片上系统布图规划自动化设计研究

发布时间：2019-10-06 19:06

【摘要】：低功耗设计是集成电路设计进入纳米时代后面临的重要挑战之一,多电压供电技术(Multiple Supply Voltage, MSV)是在现有CMOS工艺下降低芯片功耗最有效的方法,目前在片上系统设计中主要以电压岛的形式手工加以实现。多电压供电技术,对电路的物理设计特别是布图规划问题提出了诸多挑战,在多电压布图规划中,需要考虑电压岛的生成及电压的分配、电平转换器的布局、供电网络的电压完整性及芯片面积和线长等。本文针对多电压布图规划问题进行了研究,提出了相应的电压岛生成及布图规划方法,论文主要贡献点如下：非规则形电压岛生成及布图规划。在多电压布图规划中,多电压供电多以矩形电压岛的形式实现,如果以更灵活的非规则形电压岛实现,芯片功耗可以进一步降低。本文提出了一种基于模拟退火的使用冒险修补策略的非规则形电压岛布图规划算法,布图表示采用序列对表示方法。在模拟退火算法的每次扰动中,从当前布图规划中随机选取一个模块然后将其移动到适当的位置,不同的位置可能对应不同的电压岛及电压分配。因移动模块而产生的领域解空间规模为O(n2kvi),其中n是模块数目,kvi是电压岛数目。本文通过使用芯片面积、线长、功耗和电压岛代价线性组合的目标函数来评估每个插入点以及相应的候选电压岛。为了减小对O(n2kvi)种可能解的评估时间,本文基于序列对模型,定义了干扰因子的概念,并提出了一种快速的冒险算法,通过忽略大部分距离较远的候选电压岛来构建非规则形电压岛,然而构建的电压岛中会偶尔出现数目较少的非法岛(不连续区域的电压岛)。为了消解可能出现的非法岛,在每个温度下我们使用修补策略来进行一次详细的计算。与最新的工作的实验结果对比表明本文提出的方法是快速有效的。矩形电压岛生成的布图规划。在目前EDA工具中,电压岛多以矩形电压域的形式实现,同时依靠设计者手工完成。本文对现有基于模拟退火策略、采用模块删除后重插入的扰动方式的多电压布图规划方法提出了改进,在模块删除后重插入的扰动过程中加入一定比例的对矩形电压岛的删除和重插入,解决模块删除后重插入的扰动方式过于贪婪以致容易陷入局部最优的缺点；同时考虑到电压岛破坏了原本统一均匀的全局供电网络,本文还加入了对全局供电网络电压完整性考虑,采用Voltspot对供电网络节点电压进行分析。实验结果显示,所提方法能够同时在线长、功耗以及电压岛数目等方面优于现有方法,同时显著降低电压违例点的数目。本文综合分析了电压岛布图规划各个优化目标之间的竞争、增益关系,系统的归纳了电压岛布图规划的问题模型。论文成果可以应用于现有EDA工具或与现有工具结合,提高芯片设计质量,缩短芯片设计周期。
【图文】：

供电网络,网状结构

及供电电压逐渐的降低，片上供电网络的设计越来越复杂。供电效率不佳逡逑的供电网绝会使模块的供电电W'下降到无法正常工作的水平。逡逑网状结构的供电网络通常运用在低功耗电路中。图１．１展示了一个使用逡逑多层金属的均匀统一的供电网络结构。逡逑图１．１使用多层金属的网状结构供电网络逡逑如图所示，水平、竖直电源线地线通过过孔（ｖｉａ）连接到相邻金属层的其逡逑５逡逑

模块图,布图规划,电压,模块

ＰＳ邋＝邋｛２邋７邋９邋１０邋１邋８邋５邋６邋４邋３｝，ＭＳ邋＝邋（９邋１０邋７邋２邋５邋８邋１邋３邋４邋６｝．电压岛集合邋ＶＩ邋＝逡逑｛ＶＩ，Ｖ２｝，矩形电压岛Ｖｌ＝邋｛７邋９邋１０｝，非规则形电压岛Ｖ２邋＝邋ｙ邋８邋４｝逡逑按照表２．２给出坐标计算方式，在图２．２中，模块１的横坐标Ｘ邋１＝邋ＷＬＣＳ逡逑（２邋７邋９邋１０，９１０邋７邋２邋５邋８），共有Ｈ个可能的最重子序列，分别是（２），｜；７），逡逑？逦（９邋１０），ｘｌ的值由模块２的宽，模块７的宽，Ｗ及模块９，１０的宽之和的逡逑最大值决定。模块８的纵坐标ｙ８邋＝邋ＷＬＣＳ邋（３４６５，邋９１０７２５），只有一个公逡逑共模块５，邋ｙ８的值就是由模块５的高决定。逡逑通过图２．２可Ｗ看出，，属于同一个矩形电压岛的模块会在ＳＰ序列对中逡逑连续出现，如ＶＩ，因此矩形电压岛的布图规划可レッ通过寻找在ＰＳ和ＭＳ序逡逑列中都连续出现的模块来构建电压岛［６］。而非规则形电压岛的模块在序列对逡逑中并不是连续出现的，因此构建非规则形电压岛的问题更为复杂。逡逑２．３实验电路简介逡逑本文使用ＧＳＲＣ标准电路。ＧＳＲＣ工作平台标淮电路是一系列多模块的逡逑测试专用电路
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN402

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