[發明專利]一種片上供電網絡無向量驗證方法及驗證系統

在審

• 申請號: 201310472940.6
• 申請日: 2013-10-11
• 公開（公告）號: CN103500284A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 蔡懿慈;趙威;周強
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;劉華聯

技術領域

本發明涉及一種超大規模集成電路設計中的物理設計技術范疇，特別是關于一種片上供電網絡無向量驗證方法及驗證系統。

背景技術

隨著集成電路的設計和制造工藝的不斷發展，芯片的集成度和功率密度不斷提高，芯片內部供電網絡的規模也越來越大。為了獲得更低的功耗和更好的性能，供電電壓和噪聲閾值被不斷降低，使得供電電壓的波動對于芯片性能的影響變得更加顯著。特別是在超大規模集成電路中，各元器件正常工作的一個重要前提是其能夠得到正常的供電電壓。而實際上，隨著集成電路工藝尺寸的不斷降低，平面工藝設計下的集成電路供電系統的網絡阻抗顯得越來越大，供電系統的金屬走線上的電壓降已經變得不可忽略，即元器件上得到的實際供電電壓會小于外部的電源電壓。如果供電網絡上的電壓降過大，就可能使元器件上得到的供電電壓過低，導致元器件的時延增加，影響芯片性能，嚴重時還會引起邏輯錯誤。因此，供電網絡的性能已經成為集成電路設計與優化的一個重要瓶頸，日益受到學術界和工業界的重視。

如圖1所示，是現有技術中基于仿真的片上供電網絡驗證方法，其需要以芯片上各單元模塊吸納電流的值或者波形作為輸入向量，基于供電網絡模型來模擬仿真芯片各種可能的工作狀態，通過求解以此為邊界條件的電路方程，獲得片上供電網絡各節點電壓情況。這類驗證方法需要枚舉芯片各種可能的工作狀態進行電路仿真，不僅計算量巨大，而且難以滿足芯片設計早期階段（無法給出各單元模塊吸納電流信息）的驗證需求。為了解決這些問題，亟需一種無向量驗證方法，即不依賴于具體的輸入向量，而是通過某種方式刻畫芯片設計早期電路具體情況的不確定性，并以此為基礎對片上供電網絡的安全性進行驗證。

發明內容

針對上述問題，本發明提出了一種片上供電網絡無向量驗證方法及驗證系統，該方法能夠基于片上供電網絡的等效電路模型和相應的電流約束條件，估計各節點最大電壓降，以此為片上供電網絡結構的修改和優化提供有力的參考依據。

本發明提供一種片上供電網絡無向量驗證方法，其特征在于，包括以下步驟：

S100、基于片上供電網絡的等效電路信息建立系統矩陣方程，獲得電導矩陣；

S200、基于片上供電網絡的電路約束條件建立電流約束矩陣以及由相應的電流上界值所構成的電流約束向量；

S300、采用一種多級層次式矩陣求逆算法求解電導矩陣的稀疏近似逆矩陣，從而獲得片上供電網絡中各節點的電壓降與所有吸納電流源的函數關系，作為目標函數；

S400、將電流約束矩陣和電流約束向量作為線性規劃的可行域，對目標函數進行線性規劃，計算出片上供電網絡中各節點的最大電壓降，以此對各節點的安全性進行驗證。

上述步驟S300中，所述多級層次式矩陣求逆算法包括以下步驟：S311、利用多重網格方法對電導矩陣進行層次約化，求取各層次粗網格線性算子；S312、基于層次式矩陣構造其中最粗一層網格線性算子的稀疏近似逆矩陣。

上述步驟S300中，在獲得電導矩陣的稀疏近似逆矩陣后，還采用迭代算法控制稀疏近似逆矩陣的近似精度。

上述迭代算法包括以下步驟：

S323、設定線性方程組的猜測解c_i初始值為零，帶入殘差向量r_i=e_i-Gc_i，e_i是第i個元素為1的單位向量；

S324、利用多級矩陣求逆方法計算線性方程組Gx_i=r_i的近似解x_i，G是電導矩陣；

S325、更新線性方程組的猜測解c_i=c_i+x_i，以及殘差向量r_i=e_i-Gc_i；

S326、判斷殘差向量r_i的范數是否小于等于預設值ε：

如果大于，返回步驟S324；

如果小于等于，執行步驟S327；

S327、c_i作為描述片上供電網絡中各節點的電壓降與所有吸納電流源的函數關系的系數向量。

上述迭代算法的步驟S326中，殘差向量r_i的范數2，判斷||r_i||≤ε是否成立：

如果不成立，返回步驟S324；

如果小于等于，執行步驟S327。

上述迭代算法的收斂率為I為單位矩陣，為所述多級層次式矩陣求逆算法中給出的電導矩陣G的近似逆矩陣。