面向集成電路電容提取的多介質(zhì)隨機(jī)行走計(jì)算方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種面向集成電路電容提取的多介質(zhì)隨機(jī)行走計(jì)算方法及系統(tǒng)，其包括，讀取存儲(chǔ)設(shè)備中所存儲(chǔ)的集成電路的介質(zhì)層信息；根據(jù)所讀取的集成電路的介質(zhì)層信息，計(jì)算包含多層介質(zhì)層的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域的轉(zhuǎn)移概率表與權(quán)重向量表；根據(jù)所計(jì)算出的包含多層介質(zhì)層的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域的轉(zhuǎn)移概率表與權(quán)重向量表，對(duì)集成電路的多層介質(zhì)互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行電容參數(shù)提取。該方法及系統(tǒng)可以減少每條隨機(jī)行走路徑中包含的跳轉(zhuǎn)次數(shù)，進(jìn)而縮短電容提取的計(jì)算時(shí)間，在增加內(nèi)存開(kāi)銷的基礎(chǔ)上可獲得幾倍到幾十倍不等的加速。
【專利說(shuō)明】面向集成電路電容提取的多介質(zhì)隨機(jī)行走計(jì)算方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及VLSI (Very Large Scale Integrated circuits,超大規(guī)模集成電路)物理設(shè)計(jì)與驗(yàn)證領(lǐng)域，尤其涉及一種面向集成電路電容提取的多介質(zhì)隨機(jī)行走計(jì)算方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]集成電路的設(shè)計(jì)流程中首先要提出功能描述，然后經(jīng)過(guò)邏輯設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)得到描述半導(dǎo)體工藝尺寸、結(jié)構(gòu)的版圖。這時(shí)需要進(jìn)行版圖驗(yàn)證，所述版圖驗(yàn)證即為通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件模擬等來(lái)驗(yàn)證上述設(shè)計(jì)是否能達(dá)到當(dāng)初設(shè)定的要求。如果滿足要求，就可進(jìn)行下一步的生產(chǎn)制造等；否則要返回邏輯設(shè)計(jì)等進(jìn)行必要的修正。重復(fù)這個(gè)迭代過(guò)程，直到版圖驗(yàn)證表明設(shè)計(jì)確實(shí)能夠滿足要求為止。在版圖驗(yàn)證中，有一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)稱為“互連寄生參數(shù)提取”。
[0003]隨著集成電路制造技術(shù)的發(fā)展，電路規(guī)模不斷增大、特征尺寸不斷縮小，當(dāng)今很多芯片已含有幾千萬(wàn)乃至上億個(gè)器件。不過(guò)集成電路中互連線的寄生效應(yīng)造成互連線對(duì)電路延時(shí)的影響已超過(guò)了器件對(duì)延時(shí)的影響。這就需要對(duì)互連線的電容、電阻等參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的提取計(jì)算，這樣才能進(jìn)行保證電路模擬與驗(yàn)證的正確有效性。隨著實(shí)際應(yīng)用中對(duì)計(jì)算精度的要求越來(lái)越高，互連線之間的電容參數(shù)提取需要使用三維提取方法，即三維場(chǎng)求解器來(lái)進(jìn)行精確求解。此類場(chǎng)求解器的計(jì)算往往是耗時(shí)的，對(duì)其算法的優(yōu)化與加速研究意義很大。
[0004]在集成電路電容參數(shù)提取的場(chǎng)求解器方法中，隨機(jī)行走電容提取算法是一種比較流行的方法。在文獻(xiàn):Y.Le Coz and R.B.1verson, “A stochastic algorithmfor high speed capacitance extraction in integrated circuits,，’Solid StateElectron., vol.35, n0.7, pp.1005 - 1012, Jul.1992(以下簡(jiǎn)寫(xiě)為 SSE1992)中，首次提出了用于互連電容提取的懸浮隨機(jī)行走方法。該方法基于空間任意點(diǎn)的電勢(shì)或電場(chǎng)強(qiáng)度分量可表示為以該點(diǎn)為中心的立方體表面上積分的原理，以及計(jì)算積分的蒙特卡洛仿真方法，因此將電容計(jì)算轉(zhuǎn)化為介質(zhì)空間中的隨機(jī)行走過(guò)程。在一次隨機(jī)行走過(guò)程中，需要多次構(gòu)造不含導(dǎo)體、但可能與導(dǎo)體相貼的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域，而行走的每一步都是依照一定的概率分布從立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域的中心跳到它表面隨機(jī)選取的一點(diǎn)，直到該點(diǎn)落在導(dǎo)體上才終止當(dāng)前隨機(jī)行走路徑。這個(gè)跳轉(zhuǎn)概率分布(也叫轉(zhuǎn)移概率分布)可通過(guò)預(yù)先計(jì)算得到，因此在實(shí)際執(zhí)行隨機(jī)行走電容提取算法時(shí)可快速地執(zhí)行隨機(jī)跳轉(zhuǎn)。文獻(xiàn)SSE1992的方法只針對(duì)導(dǎo)體周圍為單一介質(zhì)的情形，也就是說(shuō)立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域都僅含一種絕緣介質(zhì)，因此只需對(duì)單介質(zhì)立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域預(yù)先計(jì)算其轉(zhuǎn)移概率分布，并且這個(gè)概率分布與介質(zhì)的介電常數(shù)數(shù)值無(wú)關(guān)。 申請(qǐng)人: 2013 年在國(guó)際期刊 IEEE Transactions on Computer-Aided Design ofIntegrated Circuits and Systems 上發(fā)表的論文 “RWCap:A floating random walk solverfor3-D capacitance extraction of VLSI interconnects，，(以下簡(jiǎn)稱 RWCap2Ol3),及 申請(qǐng)人:已獲授權(quán)的發(fā)明專利“集成電路設(shè)計(jì)中基于隨機(jī)行走的電容參數(shù)提取方法”(專利號(hào)201210105216.5)中，公開(kāi)了一種可處理含集成電路多層介質(zhì)工藝結(jié)構(gòu)的隨機(jī)行走電容提取方法，該方法根據(jù)給定的集成電路多層介質(zhì)工藝，預(yù)計(jì)算隨機(jī)行走算法中需要的信息，即含兩層介質(zhì)層的轉(zhuǎn)移區(qū)域的轉(zhuǎn)移概率分布、以及相應(yīng)權(quán)值分布數(shù)據(jù)，從而在對(duì)要計(jì)算的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行電容提取時(shí)能進(jìn)行跨介質(zhì)層的跳轉(zhuǎn)操作，并且能產(chǎn)生加快計(jì)算收斂過(guò)程、減少總計(jì)算時(shí)間的效果。
[0005]然而，采用RWCap2013中提出的方法后隨機(jī)行走中的每步跳轉(zhuǎn)最多只能跨一個(gè)介質(zhì)交界面，對(duì)于實(shí)際集成電路工藝中含較多介質(zhì)層的情況仍然不夠有效，即每條隨機(jī)行走路徑仍需包括很多步跳轉(zhuǎn)才能終止，這會(huì)嚴(yán)重影響隨機(jī)行走算法的執(zhí)行效率。因此，本發(fā)明將提出一種新的轉(zhuǎn)移區(qū)域預(yù)刻畫(huà)和使用方法，大大提高隨機(jī)行走電容提取算法在處理多介質(zhì)互連結(jié)構(gòu)時(shí)的執(zhí)行效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于以上內(nèi)容，有必要提供一種面向集成電路電容提取的多介質(zhì)隨機(jī)行走計(jì)算方法及系統(tǒng)，其減少每條隨機(jī)行走路徑中包含的跳轉(zhuǎn)次數(shù)，進(jìn)而縮短電容提取的計(jì)算時(shí)間，在增加內(nèi)存開(kāi)銷的基礎(chǔ)上可獲得幾倍到幾十倍不等的加速。
[0007]—種面向集成電路電容提取的多介質(zhì)隨機(jī)行走計(jì)算方法，應(yīng)用于電子裝置中，該方法包括:讀取步驟，讀取存儲(chǔ)設(shè)備中所存儲(chǔ)的集成電路的介質(zhì)層信息；計(jì)算步驟一，根據(jù)所讀取的集成電路的介質(zhì)層信息，計(jì)算包含多層介質(zhì)層的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域的轉(zhuǎn)移概率表與權(quán)重向量表；計(jì)算步驟二，根據(jù)所計(jì)算出的包含多層介質(zhì)層的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域的轉(zhuǎn)移概率表與權(quán)重向量表，對(duì)集成電路的多層介質(zhì)互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行電容參數(shù)提取。
[0008]一種面向集成電路電容提取的多介質(zhì)隨機(jī)行走計(jì)算系統(tǒng)，運(yùn)行于電子裝置中，該方法包括:讀取模塊，用于讀取存儲(chǔ)設(shè)備中所存儲(chǔ)的集成電路的介質(zhì)層信息；計(jì)算模塊，用于根據(jù)所讀取的集成電路的介質(zhì)層信息，計(jì)算包含多層介質(zhì)層的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域的轉(zhuǎn)移概率表與權(quán)重向量表；所述計(jì)算模塊還用于根據(jù)所計(jì)算出的包含多層介質(zhì)層的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域的轉(zhuǎn)移概率表與權(quán)重向量表，對(duì)集成電路的多層介質(zhì)互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行電容參數(shù)提取。
[0009]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明面向集成電路電容提取的多介質(zhì)隨機(jī)行走計(jì)算方法及系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)更多種類的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域進(jìn)行預(yù)先計(jì)算轉(zhuǎn)移概率表與權(quán)重向量表，使得隨機(jī)行走電容提取算法每一步跳轉(zhuǎn)最多橫跨三個(gè)介質(zhì)層交界面，從而減少每條隨機(jī)行走路徑中包含的跳轉(zhuǎn)次數(shù)，進(jìn)而縮短電容提取的計(jì)算時(shí)間。相比于現(xiàn)有技術(shù)中預(yù)先計(jì)算包含兩層介質(zhì)層的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域的方法，本發(fā)明在增加內(nèi)存開(kāi)銷的基礎(chǔ)上可獲得幾倍到幾十倍不等的加速。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明面向集成電路電容提取的多介質(zhì)隨機(jī)行走計(jì)算系統(tǒng)較佳實(shí)施例的運(yùn)行環(huán)境示意圖。
[0011]圖2是本發(fā)明本發(fā)明面向集成電路電容提取的多介質(zhì)隨機(jī)行走計(jì)算系統(tǒng)較佳實(shí)施例的功能模塊圖。
[0012]圖3是本發(fā)明面向集成電路電容提取的多介質(zhì)隨機(jī)行走計(jì)算方法較佳實(shí)施例的流程圖。[0013]圖4是本發(fā)明包含四層介質(zhì)層的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域三維立體圖的示意圖。
[0014]圖5是本發(fā)明圖4中所示立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域的差分網(wǎng)格二維截面圖。
[0015]圖6是本發(fā)明步驟S12的細(xì)化流程圖。
[0016]主要元件符號(hào)說(shuō)明
【權(quán)利要求】
1.一種面向集成電路電容提取的多介質(zhì)隨機(jī)行走計(jì)算方法，應(yīng)用于電子裝置中，其特征在于，該方法包括: 讀取步驟，讀取存儲(chǔ)設(shè)備中所存儲(chǔ)的集成電路的介質(zhì)層信息； 計(jì)算步驟一，根據(jù)所讀取的集成電路的介質(zhì)層信息，計(jì)算包含多層介質(zhì)層的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域的轉(zhuǎn)移概率表與權(quán)重向量表； 計(jì)算步驟二，根據(jù)所計(jì)算出的包含多層介質(zhì)層的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域的轉(zhuǎn)移概率表與權(quán)重向量表，對(duì)集成電路的多層介質(zhì)互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行電容參數(shù)提取。
2.如權(quán)利要求1所述的面向集成電路電容提取的多介質(zhì)隨機(jī)行走計(jì)算方法，其特征在于，所述計(jì)算步驟一計(jì)算包含多層介質(zhì)層的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域的轉(zhuǎn)移概率表與權(quán)重向量表的過(guò)程包括: (al)根據(jù)所讀取的集成電路的介質(zhì)層信息構(gòu)建一個(gè)單位長(zhǎng)度的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域； (a2)根據(jù)所構(gòu)建的單位長(zhǎng)度的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域，分別計(jì)算包含兩層，三層與四層介質(zhì)層的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域的轉(zhuǎn)移概率表與權(quán)重向量表。
3.如權(quán)利要求2所述的面向集成電路電容提取的多介質(zhì)隨機(jī)行走計(jì)算方法，其特征在于，所述步驟(a2)的過(guò)程包括: (a21)計(jì)算立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域的初始轉(zhuǎn)移概率密度向量； (a22)根據(jù)所計(jì)算出的初始轉(zhuǎn)移概率密度向量及利用梯度算子，計(jì)算得到集成電路中立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域的初始權(quán)重向量； (a23)根據(jù)所計(jì)算出的所述初始權(quán)重向量，采用重要性采樣原理計(jì)算得到集成電路中立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域的權(quán)重向量； (a24)根據(jù)集成電路介質(zhì)層信息對(duì)不同的介電常數(shù)組合與交界面組合重復(fù)步驟(a21)到(a23)，得到包含多層介質(zhì)層的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域的轉(zhuǎn)移概率密度向量表與權(quán)重向量表。
4.如權(quán)利要求1所述的面向集成電路電容提取的多介質(zhì)隨機(jī)行走計(jì)算方法，其特征在于，所述計(jì)算步驟二中對(duì)集成電路的多層介質(zhì)互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行電容參數(shù)提取的過(guò)程包括: (bl)讀取所計(jì)算出的計(jì)算包含多層介質(zhì)層的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域的轉(zhuǎn)移概率表與權(quán)重向量表； (b2)讀取預(yù)先存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)設(shè)備中的集成電路的版圖，并根據(jù)集成電路版圖的導(dǎo)體分布情況生成空間管理數(shù)據(jù)； (b3)選取主導(dǎo)體i并構(gòu)造包圍主導(dǎo)體的高斯面； (b4)設(shè)置主導(dǎo)體i與其他導(dǎo)體塊j的耦合電容初始值?=O，-，設(shè)置隨機(jī)行走次數(shù)初值npath: = O,設(shè)置終止條件； (b5)在主導(dǎo)體i的高斯面上隨機(jī)取點(diǎn)r(°)，以r(°)為中心點(diǎn)生成一個(gè)至多包含第一預(yù)設(shè)層數(shù)介質(zhì)層的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域，然后在該立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域表面，按照與立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域相匹配轉(zhuǎn)移概率表表選點(diǎn)r(1)，并根據(jù)與立方體轉(zhuǎn)移匹配的權(quán)重向量表算出點(diǎn)Z1)相應(yīng)的權(quán)值ω ； (b6)若當(dāng)前點(diǎn)r⑴不在導(dǎo)體表面，則以當(dāng)前點(diǎn)r(1)為中心構(gòu)造至多包含第二預(yù)設(shè)層數(shù)介質(zhì)層的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域，按照與立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域匹配的轉(zhuǎn)移概率表在立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域表面進(jìn)行選取下一個(gè)隨機(jī)點(diǎn)r(2)，更新當(dāng)前點(diǎn)r⑴=r(2)，返回(b5)，直到當(dāng)前點(diǎn)r(1)在任意導(dǎo)體 j 表面，則 Cij: = Cij+ ω , npath: = npath+1 ； (b7)對(duì)于任意的j，更新主導(dǎo)體塊i與其他導(dǎo)體塊j的耦合電容值，并計(jì)算誤差； (b8)對(duì)于任意的j，更新主導(dǎo)體塊i與其他導(dǎo)體塊j的耦合電容值，并計(jì)算誤差， C
5.如權(quán)利要求4所述的面向集成電路電容提取的多介質(zhì)隨機(jī)行走計(jì)算方法，其特征在于，所述第一預(yù)設(shè)層數(shù)小于所述第二預(yù)設(shè)層數(shù)，所述第一預(yù)設(shè)層數(shù)為三，所述第二預(yù)設(shè)層數(shù)為四。
6.一種面向集成電路電容提取的多介質(zhì)隨機(jī)行走計(jì)算系統(tǒng)，運(yùn)行于電子裝置中，其特征在于，該方法包括: 讀取模塊，用于讀取存儲(chǔ)設(shè)備中所存儲(chǔ)的集成電路的介質(zhì)層信息； 計(jì)算模塊，用于根據(jù)所讀取的集成電路的介質(zhì)層信息，計(jì)算包含多層介質(zhì)層的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域的轉(zhuǎn)移概率表與權(quán)重向量表； 所述計(jì)算模塊還用于根據(jù)所計(jì)算出的包含多層介質(zhì)層的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域的轉(zhuǎn)移概率表與權(quán)重向量表，對(duì)集成電路的多層介質(zhì)互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行電容參數(shù)提取。
7.如權(quán)利要求6所述的面向集成電路電容提取的多介質(zhì)隨機(jī)行走計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)算模塊中計(jì)算包含多層介質(zhì)層的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域的轉(zhuǎn)移概率表與權(quán)重向量表的過(guò)程包括: (al)根據(jù)所讀取的集成電路的介質(zhì)層信息構(gòu)建一個(gè)單位長(zhǎng)度的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域； (a2)根據(jù)所構(gòu)建的單位長(zhǎng)度的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域，分別計(jì)算包含兩層，三層與四層介質(zhì)層的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域的轉(zhuǎn)移概率表與權(quán)重向量表。
8.如權(quán)利要求7所述的面向集成電路電容提取的多介質(zhì)隨機(jī)行走計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，所述(a2)的過(guò)程包括: (a21)計(jì)算立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域的初始轉(zhuǎn)移概率密度向量； (a22)根據(jù)所計(jì)算出的初始轉(zhuǎn)移概率密度向量及利用梯度算子，計(jì)算得到集成電路中立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域的初始權(quán)重向量； (a23)根據(jù)所計(jì)算出的所述初始權(quán)重向量，采用重要性采樣原理計(jì)算得到集成電路中立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域的權(quán)重向量； (a24)根據(jù)集成電路介質(zhì)層信息對(duì)不同的介電常數(shù)組合與交界面組合重復(fù)(a21)到(a23)，得到包含多層介質(zhì)層的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域的轉(zhuǎn)移概率密度向量表與權(quán)重向量表。
9.如權(quán)利要求6所述的面向集成電路電容提取的多介質(zhì)隨機(jī)行走計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)算模塊中對(duì)集成電路的多層介質(zhì)互連結(jié)構(gòu)進(jìn)行電容參數(shù)提取的過(guò)程包括: (bl)讀取所計(jì)算出的計(jì)算包含多層介質(zhì)層的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域的轉(zhuǎn)移概率表與權(quán)重向量表； (b2)讀取預(yù)先存儲(chǔ)于所述存儲(chǔ)設(shè)備中的集成電路的版圖，并根據(jù)集成電路版圖的導(dǎo)體分布情況生成空間管理數(shù)據(jù)； (b3)選取主導(dǎo)體i并構(gòu)造包圍主導(dǎo)體的高斯面；(b4)設(shè)置主導(dǎo)體i與其他導(dǎo)體塊j的耦合電容初始值Cg =0.V/，設(shè)置隨機(jī)行走次數(shù)初值npath: = O,設(shè)置程序終止條件，終止條件為精度q ； (b5)在主導(dǎo)體i的高斯面上隨機(jī)取點(diǎn)r(°)，以r(°)為中心點(diǎn)生成一個(gè)至多包含第一預(yù)設(shè)層數(shù)介質(zhì)層的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域，然后在該立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域表面，按照與立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域相匹配轉(zhuǎn)移概率表表選點(diǎn)r(1)，并根據(jù)與立方體轉(zhuǎn)移匹配的權(quán)重向量表算出點(diǎn)Z1)相應(yīng)的權(quán)值ω ； (b6)若當(dāng)前點(diǎn)r⑴不在導(dǎo)體表面，則以當(dāng)前點(diǎn)r(1)為中心構(gòu)造至多包含第二預(yù)設(shè)層數(shù)介質(zhì)層的立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域，按照與立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域匹配的轉(zhuǎn)移概率表在立方體轉(zhuǎn)移區(qū)域表面進(jìn)行選取下一個(gè)隨機(jī)點(diǎn)r(2)，更新當(dāng)前點(diǎn)r⑴=r(2)，返回(b5)，直到當(dāng)前點(diǎn)r(1)在任意導(dǎo)體 j 表面，則 Cij: = Cij+ ω , npath: = npath+1 ； (b7)對(duì)于任意的j，更新主導(dǎo)體塊i與其他導(dǎo)體塊j的耦合電容值，并計(jì)算誤差； (b8)對(duì)于任意的j，更新主導(dǎo)體塊i與其他導(dǎo)體塊j的耦合電容值，并計(jì)算誤差，
npath (b9)判斷誤差是否滿足終止條件，當(dāng)誤差沒(méi)有滿足終止條件時(shí)，返回(b5)。
10.如權(quán)利要求9所述的面向集成電路電容提取的多介質(zhì)隨機(jī)行走計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于，所述第一預(yù)設(shè)層 數(shù)小于所述第二預(yù)設(shè)層數(shù)，所述第一預(yù)設(shè)層數(shù)為三，所述第二預(yù)設(shè)層數(shù)為四。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104008255SQ201410263947
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】喻文健, 張伯龍 申請(qǐng)人:清華大學(xué)