Оптимизация сетки питания СБИС Поминова А. А. НИИ системных исследований РАН, Москва Москва 2012. - презентация

1 Оптимизация сетки питания СБИС Поминова А. А. НИИ системных исследований РАН, Москва Москва 2012

2 2 НИИСИ РАН Содержание Введение Метод тангенциальных составляющих (МТС) Модифицированный метод тангенциальных составляющих (ММТС) Реализация метода ММТС Результаты моделирования Заключение

3 3 НИИСИ РАН 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

4 4 НИИСИ РАН 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

5 5 НИИСИ РАН Пример распределения падения напряжения Равномерное распределение потребления на кристалле Ток внутри эквипотенциального кольца равен суммарному току, текущему через переходные окна в области данного кольца Кольцо питания Область максимальной просадки Эквипотенциальные кольца

6 6 НИИСИ РАН 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

7 7 НИИСИ РАН 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 Метод тангенциальных составляющих 2/2

8 8 НИИСИ РАН 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

9 9 НИИСИ РАН 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)

10 10 НИИСИ РАН Модифицированный метод тангенциальных составляющих

11 11 НИИСИ РАН Реализация До оптимизации После оптимизации Фрагменты сетки питания в двух верхних слоях металлов:

12 12 НИИСИ РАН Результаты моделирования Падение напряжения до оптимизации, В 0,131 Падение напряжения после оптимизации, В 0,120,110,100,093 Кол-во нарушений конструктивно- топологических ограничений Частота, МГц Снижение падения напряжения, % 8,

13 13 НИИСИ РАН До оптимизацииПосле оптимизации 5% S; Vdrop 8,3% Vdrop 7,5% Vdrop 6,7% Vdrop 5,8% 63% S; Vdrop 5% 0,5% S; Vdrop 6,8% Vdrop 6,7% Vdrop 5,8% 81% S; Vdrop 5%

14 14 НИИСИ РАН 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