專利名稱：分析集成電路上功率分布中的電壓降的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及集成電路中的電壓降以及分析該電壓降以改進(jìn) 電路設(shè)計(jì)的方法。
背景技術(shù)：
集成電路(IC)的發(fā)展趨勢(shì)是變得更加復(fù)雜、工作在更高的數(shù) 據(jù)處理速度下、并且在更小的IC封裝上集成更多的元件。除了這些
復(fù)雜性之外，在不影響電路上的功率分布的情況下，要求持續(xù)降低功
耗。為了解決這些性能要求，現(xiàn)代IC設(shè)計(jì)人員利用各種工具來(lái)簡(jiǎn)化 設(shè)計(jì)過(guò)程，例如，其中包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)工具，它可以通 過(guò)使很多設(shè)計(jì)過(guò)程自動(dòng)化來(lái)幫助縮短IC的開(kāi)發(fā)時(shí)間。這減少了開(kāi)發(fā) IC所必需的時(shí)間和成本，并有助于設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)出在市場(chǎng)上更有競(jìng)爭(zhēng) 力的產(chǎn)品。
與減小IC部件的尺寸相關(guān)的一個(gè)設(shè)計(jì)考慮是IC上的電壓降。 通常，外部電源通過(guò)引線管腳和鍵合焊盤(pán)連接到內(nèi)部芯片電路，該鍵 合焊盤(pán)通過(guò)供電焊盤(pán)單元直接連接至芯片。細(xì)金屬線的電源總線網(wǎng)格 通常用于在整個(gè)核中將電源從供電焊盤(pán)單元提供到芯片電路。
通過(guò)電源總線網(wǎng)格來(lái)對(duì)芯片電路進(jìn)行的功率分布可以對(duì)IC設(shè)計(jì) 人員提出很多重大問(wèn)題。例如，在電路旨在以相對(duì)低的電壓工作時(shí)， 一個(gè)小的電壓降可以導(dǎo)致有缺陷的操作。芯片的線路或區(qū)域上的電壓 降與該線或該區(qū)域所傳導(dǎo)的電流的量成正比，以及與相應(yīng)的內(nèi)部電阻 成正比。
從而，IC的功率分布結(jié)構(gòu)中的內(nèi)部電阻是一個(gè)需要認(rèn)真研究的 問(wèn)題，以保證僅提供足夠的電源布線量，或者設(shè)計(jì)人員必須猜測(cè)合適 的電源布線量。為了避免這些缺陷，IC設(shè)計(jì)人員嘗試在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò) 程(從計(jì)劃階段到為商業(yè)目的實(shí)現(xiàn)的芯片)中管理電壓(或"IR")降。在設(shè)計(jì)過(guò)程初期，在實(shí)際上還不能測(cè)試實(shí)際芯片時(shí)，靜態(tài)分析可 以為設(shè)計(jì)人員提供有用的信息，以進(jìn)行重要的設(shè)計(jì)決策。
多種形式的CAD工具已經(jīng)變成了商業(yè)可獲得的來(lái)用于輔助這種
靜態(tài)分析。在這一點(diǎn)上，通常使用的工具是功率分布/電網(wǎng)驗(yàn)證CAD 工具，例如Cadence (San Jose ， California)推出的VoltageStorm 。 這種類(lèi)型的工具允許IC設(shè)計(jì)人員靜態(tài)或動(dòng)態(tài)地將IC功耗數(shù)據(jù)映射進(jìn) 一個(gè)圖像，以便由IC設(shè)計(jì)人員對(duì)其進(jìn)行分析。該圖是彩色編碼的，
以顯示在電路的什么位置消耗了相對(duì)大量的所分配的電能。例如，在
U.S.專利No.6,725,434 (設(shè)計(jì)的電路的驗(yàn)證方法)、U.S.專利No. 5,872,952 (通過(guò)仿真對(duì)集成電路電網(wǎng)進(jìn)行分析)和U.S.專利No. 6,675,139 (基于布圖規(guī)劃的集成電路電源總線分析和設(shè)計(jì)工具)中描 述了這種工具的多種應(yīng)用。
對(duì)于很多CAD工具，這樣的電源驗(yàn)證工具并不提供特定的電路 分析。對(duì)于很多設(shè)計(jì)應(yīng)用而言，這種工具仍然需要設(shè)計(jì)人員猜測(cè)功率 分布設(shè)計(jì)對(duì)于每個(gè)電路指標(biāo)是不是足夠的。這種猜測(cè)經(jīng)常會(huì)將IC置 于各種各樣的難以認(rèn)定和解決的問(wèn)題上。為了克服這些局限以及時(shí)間 和其他工程支出，標(biāo)準(zhǔn)的方法是在設(shè)計(jì)電源總線網(wǎng)絡(luò)時(shí)，利用保守的 功率估計(jì)來(lái)進(jìn)行功率分布的超標(biāo)設(shè)計(jì)。通常，設(shè)計(jì)人員對(duì)流經(jīng)電源總
線網(wǎng)絡(luò)的估計(jì)電流乘以緩沖系數(shù)，以避免電壓降問(wèn)題。這些保守的估 計(jì)通常會(huì)導(dǎo)致集成電路的面積比實(shí)際在IC上的進(jìn)行功率分布所需的 面積大得多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及利用信號(hào)處理成像算法來(lái)分析集成電路 中的電壓降數(shù)據(jù)的方法。在多個(gè)圖示的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用中示范性地說(shuō)明了 本發(fā)明的這些和其他的方面，在附圖中示出了其中的一些，以及在所 附的權(quán)利要求部分對(duì)其進(jìn)行了表征。
本發(fā)明的多個(gè)方面適用于對(duì)集成電路的功率分布中的電壓降進(jìn) 行自動(dòng)分析的方法。該方法包括利用電路表征圖像(該圖像對(duì)應(yīng)于集 成電路的實(shí)際實(shí)現(xiàn))來(lái)表示分配在集成電路上的功率分布中的實(shí)際電壓降數(shù)據(jù)。然后，與集成電路的理想實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的電路理想圖像被用于 表示分配在集成電路上的功率分布的理想電壓降數(shù)據(jù)。比較理想的電 壓降數(shù)據(jù)和實(shí)際的電壓降數(shù)據(jù)，并響應(yīng)于比較，確定集成電路中的功 率分布是否滿足了預(yù)定的功率分布條件。
本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種假定存在線性空間不變的等效IC 圖像的方案。計(jì)算該理想IC圖像數(shù)據(jù)的電壓降梯度，并將其與實(shí)際 IC電壓數(shù)據(jù)圖像的結(jié)果進(jìn)行比較。在實(shí)際圖像和理想圖像之間的相 應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)的值相近時(shí)，電壓降數(shù)據(jù)是可以被接受的。當(dāng)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn) 的值偏離預(yù)定閾值足夠大時(shí)，電壓降是不能被接受的。
本發(fā)明的上述綜述不是為了描述每個(gè)圖示說(shuō)明的實(shí)施例或者本 發(fā)明的每一個(gè)實(shí)現(xiàn)。附圖和后續(xù)的詳細(xì)說(shuō)明更具體地說(shuō)明了這些實(shí)施 例。


結(jié)合附圖，考慮本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例的下列詳細(xì)描述，可以更 完全地理解本發(fā)明，其中
圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例實(shí)施例的對(duì)實(shí)際電壓降電路 圖像和理想電壓降電路圖像的使用的數(shù)據(jù)流示圖；以及
圖2是圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例實(shí)施例的利用諸如圖1中的 那些圖像來(lái)分析電壓降的方法的一個(gè)示例的流程圖。
本發(fā)明可以被修改為多種改型和可替換形式，通過(guò)在附圖中的 例子示出了它的細(xì)節(jié)，并在下文對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的描述。然而，應(yīng)當(dāng) 理解的是，這不是要將本發(fā)明局限于描述的特定實(shí)施例。相反，本發(fā) 明涵蓋了落在由附屬的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)的所有的修 改、等效或者替換方案。
具體實(shí)施例方式
相信本發(fā)明對(duì)于進(jìn)行具有有效和足夠的功率分布的ic設(shè)計(jì)是有
用的。而本發(fā)明不必局限于這些應(yīng)用，通過(guò)上下文中所討論的多個(gè)示 例可以理解本發(fā)明的各個(gè)方面。結(jié)合本發(fā)明的一個(gè)示例實(shí)施例， 一種方法用于對(duì)集成電路的功 率分布中的電壓降進(jìn)行自動(dòng)分析。該方法包括利用電路表征圖像來(lái)表 示針對(duì)在集成電路上分配的功率分布的實(shí)際電壓降數(shù)據(jù)，該圖像對(duì)應(yīng) 于集成電路的實(shí)際實(shí)現(xiàn)。對(duì)應(yīng)于集成電路的理想實(shí)現(xiàn)的電路理想圖像 用于表示針對(duì)在集成電路上分配的功率分布的理想電壓降數(shù)據(jù)。可以 用多種形式來(lái)形成電路理想圖像，例如，包括利用一些實(shí)際的或近似 的電壓降數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)來(lái)產(chǎn)生電路理想圖像的其他部分和全部。比較 實(shí)際電壓降數(shù)據(jù)與理想電壓降數(shù)據(jù)，響應(yīng)于比較，確定在集成電路中 的功率分布是否滿足預(yù)定的功率分布條件。
電壓降(也叫IR降)映射工具用于確保在IC上布置了足夠的 電源。通常，這種工具生成具有顏色梯度的圖像，該顏色梯度表示
IC上的電壓降的變化。理想地，希望IR降在IC邊緣最小而在IC中 心最大，其中IC邊緣的功率分布遠(yuǎn)離IC中心。從而，在IC的功率 分布區(qū)域?qū)?yīng)于同心圓的假定條件下，理想的電壓降變化圖像應(yīng)當(dāng)看 起來(lái)像靶盤(pán)上標(biāo)靶圖案(或者牛眼)。當(dāng)實(shí)際電壓降數(shù)據(jù)的圖像偏離 了理想的圖案時(shí)，這樣的差異使電壓降的圖像難以被解釋。通過(guò)比較 實(shí)際電壓降數(shù)據(jù)和理想的電壓降數(shù)據(jù)，本發(fā)明減小了由IC設(shè)計(jì)人員 在嘗試肉眼觀察圖像并主觀地(利用類(lèi)似現(xiàn)有技術(shù)的技巧)確認(rèn)設(shè)計(jì) 改進(jìn)是否可行和/或是否必要的情況下造成誤差的可能性。這種數(shù)據(jù) 的自動(dòng)解釋(例如，基于計(jì)算機(jī))減小了這些人工解釋中的分歧和誤 差。
在很多IC應(yīng)用中，由于在電壓降圖像中的數(shù)據(jù)點(diǎn)既不是等間距 的也不是均勻分布的(這是因?yàn)殡娮硬考皇堑乳g距的，也不是均勻 分布的)，所以難以自動(dòng)地進(jìn)行這種分析。根據(jù)另一個(gè)方面，本發(fā)明 旨在從這種不規(guī)則間隔且密度不同的電壓降的數(shù)據(jù)點(diǎn)中自動(dòng)地計(jì)算 出梯度。在一個(gè)更具體的應(yīng)用中，這種自動(dòng)計(jì)算涉及現(xiàn)代數(shù)字/離散 信號(hào)處理(硬件和/或軟件)工具，這些工具運(yùn)用了線性空間不變約 束之外的用于高速處理的算術(shù)邏輯。
圖l示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于映射IR降數(shù)據(jù)點(diǎn)以 產(chǎn)生用于自動(dòng)分析實(shí)際IR降數(shù)據(jù)的理想IR降圖像的方法。該方法包括產(chǎn)生實(shí)際電路的IR降圖像。該圖像采用顏色梯度來(lái)顯示不同的電 壓降的區(qū)域；在圖1中，利用不同的網(wǎng)格線陰影示出了這些顏色梯度。 例如，最大的電壓降出現(xiàn)在陰影區(qū)域112，第二大電壓降出現(xiàn)在具有 對(duì)角線的區(qū)域114，第三大電壓降出現(xiàn)在具有水平線的區(qū)域116，具 有芯片上的最小電壓降的區(qū)域出現(xiàn)在具有垂直線118的區(qū)域中。在實(shí) 際電壓降圖像的中心附近的電壓降通常是芯片的電壓降的最糟糕的
情況。為了將實(shí)際的IR降圖像與理想數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，必須建立理想 的IR降圖像120。理想的芯片圖像將對(duì)應(yīng)于實(shí)際的圖像結(jié)構(gòu)和電路 規(guī)格，這些結(jié)構(gòu)和規(guī)格必須被提供給映射工具122。
通過(guò)映射邊界條件點(diǎn)來(lái)創(chuàng)建理想的IR降圖像，在典型的實(shí)施例 中，邊界條件點(diǎn)包括對(duì)IC提供電源電壓的點(diǎn)，例如，被映射進(jìn)理想 IR降圖像中作為點(diǎn)A'的點(diǎn)A。在特定的實(shí)施例中，這些邊界條件數(shù) 據(jù)點(diǎn)還包括來(lái)自實(shí)際電壓降圖像的點(diǎn)，這些點(diǎn)經(jīng)受了 IC中的最大電 壓降。由于實(shí)際圖像和理想圖像的結(jié)構(gòu)一致，所以這種映射可以合并 網(wǎng)格坐標(biāo)，并且這種映射包括數(shù)據(jù)點(diǎn)的位置以及在這些點(diǎn)上的電壓降 的數(shù)據(jù)。
按照一種特定的方法，這些邊界條件數(shù)據(jù)點(diǎn)的拉普拉斯算子 (L鄰lacian)用于完成理想的電壓降圖像。利用這種方法來(lái)形成圖 像，以便具有上述約束的圖像的2-D微分是連續(xù)的。然后，在理想 IR降圖像中對(duì)插入?yún)^(qū)域中的這些對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)的位置進(jìn)行映射，例如 將C映射至C'。
為了分析實(shí)際IR降圖像，比較實(shí)際IR降圖像中的每個(gè)點(diǎn)與理 想IR降圖像點(diǎn)上的值，得到的標(biāo)值用于形成直方圖。由軟件標(biāo)出從 直方圖的中瓣偏離預(yù)定變化之外的任何值，以被IC設(shè)計(jì)人員進(jìn)行另 外的檢查。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行加權(quán)來(lái)對(duì)這種分析進(jìn)行更進(jìn)一步的輔 助，以便使用單一的預(yù)定變化。如果沒(méi)有標(biāo)出任何數(shù)據(jù)點(diǎn)，則確定 IC滿足了 IC規(guī)格的電源要求。
參照?qǐng)D2的流程圖，生成理想的IR降圖像數(shù)據(jù)，以與實(shí)際IR 降圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。在流程框210，影射工具用于生成測(cè)試中的實(shí) 際芯片的IR降圖像。 一種可購(gòu)得的映射工具是上述的CadenceVoltageStorm⑧。在流程框220，實(shí)際IC電路規(guī)格和邊界條件IR降 數(shù)據(jù)點(diǎn)用于生成對(duì)應(yīng)的理想芯片的最初理想的IR降圖像。這些邊界 條件IR降數(shù)據(jù)點(diǎn)通常是沿芯片邊沿的數(shù)據(jù)點(diǎn)(其中在邊沿提供了電 能)和位于芯片中心點(diǎn)附近的數(shù)據(jù)點(diǎn)。在流程框230，利用邊界條件 IR降數(shù)據(jù)點(diǎn)的拉普拉斯算子來(lái)修正最初的理想電壓降圖像，以便識(shí) 別在理想芯片的邊沿和中心之間的區(qū)域中的數(shù)據(jù)點(diǎn)。在塊240中，通 過(guò)填充所識(shí)別的插入數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)完成對(duì)理想IR降圖像數(shù)據(jù)的映射?？?選擇地，在流程框250，可調(diào)整對(duì)IR降數(shù)據(jù)點(diǎn)的賦值來(lái)進(jìn)行加權(quán)比 較。從而，對(duì)每一個(gè)所分析的IR降數(shù)據(jù)點(diǎn)可以使用一個(gè)變化閾值， 并且認(rèn)為在圖像中心附近的這些數(shù)據(jù)點(diǎn)更靈敏。然后，在流程框260， 對(duì)實(shí)際IR降圖像的圖像數(shù)據(jù)與理想IR降圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)比較。 在流程框270，如果實(shí)際IC電壓降圖像不再處于對(duì)應(yīng)的理想數(shù)據(jù)點(diǎn) 的預(yù)定閾值范圍內(nèi)，則標(biāo)出實(shí)際IR降數(shù)據(jù)點(diǎn)。如果沒(méi)有標(biāo)出任何數(shù) 據(jù)點(diǎn)，則認(rèn)為芯片符合IC電源規(guī)范，并且在流程框280分析結(jié)束。 然而，如果在實(shí)際IC上標(biāo)出了數(shù)據(jù)點(diǎn)，那么IC設(shè)計(jì)人員將分析標(biāo)出 的數(shù)據(jù)點(diǎn)，并在流程框290評(píng)估是否對(duì)IC電網(wǎng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)或重新 布局。
參照一些特定的示例實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的某些方面進(jìn)行了描述， 然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的 情況下，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行很多修改。在所附的權(quán)利要求中將闡述本 發(fā)明的各個(gè)方面。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)集成電路的功率分布中的電壓降進(jìn)行自動(dòng)分析的方法，所述方法包括步驟利用電路表征圖像來(lái)表示分配在集成電路上的功率分布的實(shí)際電壓降數(shù)據(jù)，所述電路表征圖像對(duì)應(yīng)于集成電路的實(shí)際實(shí)現(xiàn)；利用電路理想圖像來(lái)表示分配在集成電路上的功率分布的理想電壓降數(shù)據(jù)，所述電路理想圖像對(duì)應(yīng)于集成電路的理想實(shí)現(xiàn)；對(duì)實(shí)際電壓降數(shù)據(jù)與理想電壓降數(shù)據(jù)進(jìn)行比較；以及響應(yīng)于比較來(lái)確定集成電路中的功率分布是否滿足預(yù)定的功率分布條件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括利用電壓降映射工具 來(lái)提供所述電路表征圖像。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述集成電路的電路理 想圖像是基于電壓降數(shù)據(jù)的可比較的線性空間不變分布。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括生成所述電路理想圖像， 其中，生成所述電路理想圖像的步驟包括將邊界條件電壓降點(diǎn)映射到 所述電路理想圖像的至少一個(gè)邊界區(qū)域和中心區(qū)域，所述邊界條件電 壓降點(diǎn)包括施加電源電壓的點(diǎn)以及實(shí)際實(shí)現(xiàn)的圖像中心或中心附近 的點(diǎn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括生成所述電路理想圖像， 其中，生成所述電路理想圖像的步驟包括對(duì)來(lái)自所述集成電路的實(shí)際 實(shí)現(xiàn)的邊界條件電壓降點(diǎn)進(jìn)行映射，從而為所述電路理想圖像的對(duì)應(yīng) 區(qū)域提供數(shù)據(jù)點(diǎn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述映射的步驟還包括利用算法來(lái)為所述電路理想圖像的插入?yún)^(qū)域映射插入理想電壓降點(diǎn)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述算法是拉普拉斯算 法的一個(gè)函數(shù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其還包括對(duì)電路表征圖像和電路理想圖像中的至少一個(gè)圖像的電壓降數(shù)據(jù)點(diǎn)分配加權(quán)值，并且其中 所述比較步驟包括利用所述加權(quán)值的減法。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所分配的加權(quán)值是作為 與所述電路表征圖像和電路理想圖像中的至少一個(gè)圖像的中心靠近 的電壓降數(shù)據(jù)點(diǎn)的函數(shù)而變化的。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述比較步驟包括分 析對(duì)應(yīng)于電路表征圖像的電壓降數(shù)據(jù)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中，分析對(duì)應(yīng)于電路表征 圖像的電壓降數(shù)據(jù)的步驟包括將電壓降數(shù)據(jù)中的點(diǎn)與電路理想圖像 的相應(yīng)電壓降數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其還包括利用來(lái)自所述分析 步驟的結(jié)果來(lái)形成直方圖。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，確定集成電路的功率 分布是否滿足了預(yù)定功率分布條件的步驟包括檢査所述直方圖。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述電路理想圖像包 含表示所述集成電路電壓降的顏色梯度。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述集成電路的電壓降對(duì)應(yīng)于集成電路上的實(shí)際電壓降。
全文摘要
一種用以自動(dòng)分析集成電路的功率分布中的電壓降的方法，其包括對(duì)實(shí)際電壓降圖像數(shù)據(jù)與理想IC形式的預(yù)測(cè)理想電壓降圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。該方法包括利用與集成電路的實(shí)際實(shí)現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的電路表征圖像來(lái)表示分配在集成電路上的功率分布的實(shí)際電壓降數(shù)據(jù)。然后，對(duì)應(yīng)于集成電路的理想實(shí)現(xiàn)的電路理想圖像被用于表示分配在集成電路上的功率分布的理想電壓降數(shù)據(jù)。比較實(shí)際電壓降數(shù)據(jù)與理想電壓降數(shù)據(jù)，并且響應(yīng)于比較，確定集成電路中的功率分布是否滿足了預(yù)定的功率分布條件。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101310279SQ200680042315
公開(kāi)日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2006年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月14日
發(fā)明者布倫特·布坎南, 馬克·特納 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司