基于电流模技术的双逻辑映射方法研究

发布时间：2020-04-01 19:56

【摘要】：随着半导体技术的进步,集成电路的集成度在不断提高,整体规模不断扩大,芯片的功耗,尤其是因工艺尺寸不断缩小而引起的漏功耗增大成为重点研究对象。以Intel P4处理器为例,人们关注速度、可靠性和成本,忽略了低功耗需求,最终导致产品散热性差、信号丢失率高、封装难度大等诸多问题。为了能延长设备的寿命,提高集成电路的可靠性,对集成电路中的功耗的分析研究显得格外重要,并具有很大实用价值。大量实验结果表明,伴随着工艺尺寸的缩小,漏功耗已经成为功耗中不可忽视的部分,并引起了如封装、电源供电、信号完整性、散热等一系列问题。功耗增大及其产生的相关问题已成为大规模集成电路和片上系统亟待解决的问题。MOS电流模逻辑(MCML)电路,由于其较低的信号摆幅,以及与静态CMOS逻辑电路相比具有更高的工作速度和较低的功耗,从而引起了广泛的研究。数字电路可用传统布尔逻辑Traditional Boolean(TB)来实现,也可以用“或/同或”、“与/异或”等运算集为基础的Reed-Muller(RM)来实现。经研究,RM逻辑预测性、成本、面积、速度、功耗等方面,都比目前的TB逻辑更先进可靠,尤其是可测试性。RM逻辑优化了逻辑函数,减少了逻辑门的数目,缩短了相关器件的路径长度,大大提升了芯片的工作速度,减小了电路的总功耗。在RM逻辑和TB逻辑的研究中,RM逻辑受到研究人员的关注程度明显高于TB逻辑,并取得丰硕成果。目前绝大多数集成电路的设计都是基于逻辑单元库来实现的,但目前主流的EDA工具所搭载的逻辑单元库都是基于TB逻辑综合出来建立并优化的,其中很少包含基于Reed-Muller逻辑的标准单元库,而TB/RM逻辑的单元库几乎没有。因此,将TB逻辑和RM逻辑两种逻辑函数相结合,并建立基于两种逻辑的复合逻辑单元库,将该单元库应用到实际标准单元库设计中,以此来降低漏功耗,是一项意义非凡且具有广阔市场前景的研究工作。本文通过借鉴TB逻辑标准单元库的设计方式,来完成两种逻辑的映射,最终对比分析三种逻辑方式的电路功耗大小,来鉴定双逻辑映射的优势。本文结合当今世界前沿研究,通过使用主流EDA工具,对相关TB逻辑和RM逻辑电路进行仿真,比较其功耗,明确其对应的函数表达式,找出如何将两者进行复合成新的逻辑单元的方法。然后将基于不同结构的TB/RM逻辑函数进行分析综合,设计出一种低功耗电路结构的双逻辑函数,提取数据并对单元进行特征化处理,完成布局布线,最终设计出双逻辑映射标准单元库。本文需要阐述的相关内容如下:1、阐述了电流模电路在集成电路应用中的价值,对比了混合逻辑电路和TB逻辑电路在性能、功耗等方面的优势,强调了混合双逻辑电路的应用前景。2、主要介绍了两种主要的电流模电路,即单轨电流模电路和双轨电流模电路。重点阐述两者之间的特性以及优缺点,并介绍了单轨电流模电路设计的基本流程和设计过程中相关重要指标参数。3、主要介绍了从TB逻辑和RM逻辑引申到电流模TB电路和电流模RM电路的结构和性能,以及在设计时如何进行Hspice仿真,根据在不同约束条件下反复试验的结果来验证双逻辑电路在功耗方面的优化程度。4、主要介绍了常见的标准单元包,并分析了其性能特点,从而引申到一个电流模电路单元包版图库、物理库、时序库等相关基本流程的介绍。为了对本文设计的基于电流模的双逻辑电路映射方法进行验证,本文最后阐述了如何在原有的逻辑映射技术基础之上,分析“综合-提取-再综合”方法对结果产生的影响,提出了在特定约束命令的条件下TB/RM双逻辑映射的方法,以及如何有效地对两种逻辑进行复合,最后验证了该双逻辑电路映射效果能够达到预期的效果。
【图文】：

宁波大学硕士学位论文- 11 -图2.3 单轨电流模基本组合逻辑电路图Fig. 2.3 The Monolithic current mode basic combination logic circuit diagram2.3 电流模逻辑电路设计约束设定及整体优化前面对两种主要类型的电流模电路结构和性能进行了大致介绍，说明了 2 种逻辑电路各自特点，为此，下文我们将要作重点介绍关于如何对电流模电路做性能的优化处理，满足低功耗的需求。为了达到性能优化，需要对以下几个方面进行优化: 单元面积、增益、对fnV 和fpV 电压控制及功耗、延时等。由于电流模逻辑单元的版图是以不规则形态存在的，故要想对其精确估计是非常困难的，只有通过在前期制作示意图阶段就对其晶体管的长宽进行约束，对其尺寸做最大限度的优化，，得到尽可能小的尺寸单元。在满足上述要求的同时也要考虑电路大驱动的需求，这使得在布线面积和尺寸比例都要考虑到，故对单元面积准确评估至关重要。电流模电路的增益通常比一般的 CMOS 电路要小

基于电流模技术的双逻辑映射方法研究- 26 -图4.4 设计流程Fig. 4.4 The design flow4.2 时序库时序库也称综合库，主要作用是描述其中每个单元时序信息库文件，规定了各个单元在不同输入条件下各个输入端口至输出端口信号的延时情况，通过模拟不同工艺的工作状态下，电路所得到的相对应的时序数据，最后通过把这些数据转换成 DC 综合工具可读取识别的文件。它是相当于一个信息查询表的形式，它的所描述的为库属性、环境属性、标准单元属性，其中具体包含标准单元中面积、功耗、时序等等相关信息来作为 DC 综合工具的库文件，通过 Liberty NCX 把已经做好的版图信息作为特征化的条件，特征化后输出的文件是以*.db 为后缀的
【学位授予单位】：宁波大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN405

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 李瑛;车赛;;小学语文“单元包”教学模式的探索[J];基础教育参考;2012年03期

2 史超;宋道晔;;整体引读,学习选取典型事例(第一课时)[J];小学语文教师;2016年12期

3 李洪军;;开展实践活动 做好写前准备[J];山东教育;2017年Z1期

4 高志军;刘静;;从教案到教学设计单元包看教师的信息化教学设计能力[J];新课程学习(综合);2010年06期

5 刘健;霍莉莉;雷凯;高轶;;基于单元包模式的药品追溯管理体系[J];中国数字医学;2017年02期

6 李文钊;高敏;刘俊涛;;基于自适应遗传算法的弹药单元包包装的优化设计[J];包装工程;2008年02期

7 王进安;董路;;单元包封密闭式填埋工艺在阿苏卫垃圾卫生填埋场的探索实践[J];环境科学研究;2012年04期

8 叶宁;王明仲;;从处方习惯谈药品最小销售单元包装量[J];中国医药导报;2007年25期

9 孙敏,于克芳,代龙,陈静安;初中数学课程改革“几何入门教学单元包”的实验研究[J];曲靖师专学报;1999年06期

10 俞卓玮;樊虹;;宝钢60000m~3/h空分设备分子筛纯化系统工程设计[J];深冷技术;2010年05期

相关会议论文 前1条

1 李文钊;高敏;刘俊涛;;基于模拟退火算法的弹药单元包集装优化[A];2007'仪表，自动化及先进集成技术大会论文集（二）[C];2007年

相关硕士学位论文 前6条

1 杨山河;基于电流模技术的双逻辑映射方法研究[D];宁波大学;2018年

2 陈金丹;近阈值标准单元包研究[D];宁波大学;2013年

3 王普;运用英特尔未来教育模式设计“生物体的结构层次”单元包的研究[D];云南师范大学;2006年

4 李振礼;基于双逻辑映射技术的低漏功耗标准单元包设计[D];宁波大学;2014年

5 王军;低漏功耗标准单元包的设计与研究[D];宁波大学;2012年

6 马天放;超阈值RM逻辑单元包设计与双逻辑映射[D];宁波大学;2017年

本文编号：2610886