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运用概率统计进行电源网格完整性分析

王颖卓  
【摘要】:集成电路中的所有器件都是通过电源网格得到其所需的供电电压的。随着集成电路制造工艺的不断向前推进,尺寸的不断缩小,电源网格完整性分析也变得越来越重要了,互连线的电阻不能再忽略了。由于电阻的存在,电流流经电源网格时就会产生电压降,称之为IR drop。这是电源网格完整性分析的四个关键问题之一。另外三个关键问题:接地点电势上升分析、来自引脚电感的Ldi/dt分析和电子迁移率EM分析。本文以IR drop分析为主,接地点电势上升分析的原理和电压降分析基本一样。 电源网格的完整性分析是一个全局性问题,芯片中某一部分的IR drop都与其它部分所吸收的电流密切相关。此外,对于当前上百万个节点的电源网格来说,常规的线性方程组求解方法都遇到了瓶颈:在存储空间还是在速度上都无法处理如此大规模的网络。因此,如何快速而有效地求解这样一个大型网络是一个亟待解决的问题。 本文在认真研究电源网格结构的基础上,介绍了一种电压降分析的新方法。这种基于概率统计的方法能够快速简便的估计出电压降的概率分布情况。电源网格的IR drop分析可分为三步来完成:首先,将电源网格建模成一个线性系统,然后把块电流和电压作为随机过程,最后利用电压降的中值以及方差估计出其分布。 这种利用概率统计分析电压降的方法在一些电源网格(包括一些工业处理器)中得到了较为理想的结果。这也说明了这种方法在存储空间还是速度上都是很有效的。这种方法也为我们提供了一些很有用的信息:这些信息能使芯片设计者较早发现电源网格中哪些区域容易出现问题,从而使设计者在对电源网格进行改正时能够对这些容易出现问题的区域给予足够的重视。


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