Модифицированный метод тангенциальных

Оптимизация сетки питания
СБИС
Поминова А. А.
НИИ системных исследований РАН, Москва
Москва
2012
Содержание
•
•
•
•
•
•
Введение
Метод тангенциальных составляющих (МТС)
Модифицированный метод тангенциальных
составляющих (ММТС)
Реализация метода ММТС
Результаты моделирования
Заключение
НИИСИ РАН
2
Введение
•
•
Плотность тока, а значит и падение напряжения
на кристалле увеличиваются с каждым
поколением технологии
Прямой путь снижения падения напряжения
ведет к увеличению площади сети питания
Задача:
снизить падение напряжения, не увеличивая
площади сети земли/питания на кристалле
НИИСИ РАН
3
Структура сети питания
•
•
•
Общепринятая структура сети питания СБИС:
• регулярная сетка, с тонкими и частыми
трассами, в нескольких слоях металла
Две составляющие сопротивления:
резистивная (Vdrop) и индуктивная
Источники напряжения
• Контактные площадки: периферийные или
распределённые по площади (flip-chip)
В этой работе рассматривается:
статическое падение напряжения,
периферийные контактные площадки
НИИСИ РАН
4
Пример распределения падения
напряжения
•
Равномерное распределение потребления
на кристалле
Кольцо
питания
Область
максимальной
просадки
Эквипотенциальные
кольца
•
Ток внутри эквипотенциального кольца
равен суммарному току, текущему через
переходные окна в области данного кольца
НИИСИ РАН
5
Метод тангенциальных
составляющих 1/2
•
•
На графике: изменение максимального падения
напряжения в зависимости от ширин
тангенциальных и радиальных сегментов
Радиальные сегменты влияют на падение
напряжения гораздо сильнее, чем тангенциальные
сегменты  ток в тангенциальных сегментах
близок к нулю
НИИСИ РАН
6
Метод тангенциальных
составляющих 2/2
•
•
•
•
Метод используется для двух верхних слоёв
металла
Упрощение: эквипотенциальные кольца
считаются квадратными по всей площади
кристалла
Внутри каждого кольца производится
перераспределение сопротивления между
радиальными и тангенциальными
составляющими
Проводится коррекция, связанная с
неравномерным распределением потребления и
неквадратной формой эквипотенциальных колец
НИИСИ РАН
7
Реализация МТС
•
Условие: Необходимо знать ток на всех узлах
сетки (часто – до 1 млн узлов)
•
В современных СБИС размерность сетки питания
может достигать 1000x1000 и больше  около
500 эквипотенциальных колец
НИИСИ РАН
8
Итоги реализации МТС
•
На сетке размерностью 33x33: метод МТС
позволяет снизить падение напряжения на 33%
•
Ввиду сложности обработки данных и операции
пост-коррекции сопротивлений сегментов –
время и трудозатраты на написание программы,
реализующей необходимую топологию сети
питания в САПР слишком высоки
Для решения проблемы предлагается
модифицированный метод тангенциальных
составляющих (ММТС)
НИИСИ РАН
9
Модифицированный метод
тангенциальных составляющих
•
НИИСИ РАН
10
Реализация
Фрагменты сетки питания в двух верхних слоях
металлов:
До оптимизации
После оптимизации
НИИСИ РАН
11
Результаты моделирования
10
20
30
40
Падение
напряжения до
оптимизации, В
0,131
0,131
0,131
0,131
Падение
напряжения после
оптимизации, В
0,12
0,11
0,10
0,093
Кол-во нарушений
конструктивнотопологических
ограничений
50
115
544
500
Частота, МГц
183
183
184
184
Снижение падения
напряжения, %
8,1
16
24
29
НИИСИ РАН
12
До оптимизации
После оптимизации
Vdrop 6,7%
Vdrop 7,5%
0,5% S; Vdrop 6,8%
5% S;
Vdrop 8,3%
Vdrop 6,7%
Vdrop 5,8%
Vdrop 5,8%
63% S; Vdrop 5%
81% S; Vdrop 5%
НИИСИ РАН
13
Заключение
•
•
•
•
МТС – до 33% снижения падения напряжения, но
большие временные и трудозатраты
ММТС – до 29% снижения падения напряжения, но
значительно быстрее и проще в реализации
Реализация ММТС на сетке питания
высокопроизводительного микропроцессора,
выполненного по технологии 0,18 КМОП позволила
снизить максимальное падение напряжения на
16%
Оптимизация при помощи ММТС позволяет не
только снизить максимальное падения
напряжения на кристалле, но и уменьшить
площадь с максимальным падением напряжения
НИИСИ РАН
14