[發明專利]多進程自適應分配的多層超大規模集成電路場路耦合方法

在審

• 申請號: 202010515413.9
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111881641A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 唐章宏;鄒軍;王芬;黃承清;汲亞飛
• 申請（專利權）人: 北京智芯仿真科技有限公司
• 主分類號: G06F30/39
• 分類號: G06F30/39
• 代理公司: 深圳市行一知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 44453
• 代理人: 楊賢

本申請公開了多進程自適應分配的超大規模集成電路場路耦合方法，通過將三維問題簡化為二維問題，采用超節點技術，完美實現了多層超大規模集成電路直流場分析的場路耦合的快速、準確的計算目標，可以準確、完整地對多層集成電路直流電場進行場路耦合，提高多層集成電路、芯片封裝直流電場計算速度。同時，在運算過程中實現粗顆粒并行，極大程度減少進程之間的通信及因為同步而產生的等待時間，同時，由于采用計算任務隨機動態分配方法，保證復雜度不對等的計算模型隨機均勻分布在各計算節點，避免由于過高的峰值內存導致虛擬內存訪問而造成的硬盤讀寫瓶頸。

技術領域

本申請涉及超大規模集成電路直流場高性能計算技術領域，特別涉及多進程自適應分配的多層超大規模集成電路場路耦合計算方法。

背景技術

在一個超大規模集成電路系統中，包括有不同的元器件，各個元器件都有其工作電壓。一般情況下，允許輸入到元器件的電壓在其工作電壓的5％上下浮動，否則會引起元器件的誤操作。另一方面，由于金屬層不是理想導體，電能在金屬層板傳輸的過程中會產生電壓降。這個電壓降加上元器件開關動作等引起的交流噪聲，會使得實際到達元器件的電壓超出其允許輸入電壓的范圍，從而導致系統的誤操作。

設計者在布置多層超大規模集成電路的電源網絡時，還要考察的一個重要因素是板上的電流密度是否過大，因為長時間過大的電流會使得局部發熱乃至損壞元器件。通過計算電流密度的分布，可以知道哪些位置的電流密度高于給定的限制，從而改進原來的設計。例如，層與層之間的電流通過過孔(Via)傳輸，在得知某個過孔的電流密度太大時，可以在該過孔附近增加一些同樣的過孔，使該過孔的電流密度降低。

多層超大規模集成電路的直流電場分析主要研究的是供電網絡的電壓、電流在超大規模集成電路系統中的分布。同時，通過在任意兩點設置源，可計算出兩點間的阻抗，從而可直接獲得兩點間的電壓降。這就需要對集成電路系統建立一個數學模型，描敘其內部直流電場分布，然后根據這個模型對其做數值計算，以計算其內部場的分布。在此基礎上，計算集成電路各層板上的電流分布及不同端口之間的電壓降或電阻。

然而，發明人在實施過程中發現，現有技術中沒有高效、高精度并行計算方法針對多層超大規模集成電路的直流電場進行分析，無法適應日益增加的超大規模集成電路、芯片封裝的設計需求，且針對多層集成電路直流電場的電場-電路耦合(簡稱場路耦合)分析，通過掃描超節點對電場和電路方程組進行合并時，如果存在多個外部電路，通常都是逐一編寫相互耦合的超節點與電場單元編號，導致場路耦合效率低下，進而影響多層超大規模集成電路的直流電場的計算效率。

另外，在實施過程中需要海量的同類型大規模數值計算。這類大規模數值計算由于不同計算實例具有不同結構，導致不同計算實例的計算復雜度不對等，對于這類不對等的海量計算，需要高效率并行計算方法設計，充分考慮不同實例計算復雜度的不對等，盡可能提高并行計算效率。

常規并行計算基本針對單個計算實例并行，在大量循環的計算部分實現并行，并行顆粒通常很細，這樣導致不同進程之間存在大量的數據交換，降低并行效率；其次，由于不同進程計算進度不同，不可避免在需要數據共享和同步時出現大量等待，從而導致整體并行效率很低；再者，由于單個實例計算過程相當部分的計算過程有先后順序，數據有依賴性，因此針對單個計算實例并行時，有相當部分的計算無法并行化，這也嚴重降低整體并行效率。

發明內容

(一)申請目的

基于此，為了完美實現多層超大規模集成電路直流場分析的場路耦合的快速、準確的計算目標，解決現階段沒有高效、高精度并行計算方法針對多層超大規模集成電路的直流電場進行分析，進而提升超大規模集成電路、芯片封裝的設計能力的問題，以及為了在并行計算過程中最大限度的減少各進程之間的通信，避免多進程并行計算時因為內存峰值大于可用物理內存而造成的硬盤讀寫瓶頸，同時完美解決不同計算實例復雜度不對等帶來的進程等待問題，進而大大提高并行計算效率，本申請公開了以下技術方案。

(二)技術方案