一种多电压三维专用片上网络芯片的芯片层划分方法，属于三维芯片集成设计技术领域，其特征在于使用整数线性规划为供电电压与层数的数量相对关系上的三种模式在保证电压分配和芯片间面积均均衡的条件下，对芯片总功耗进行优化，包含模块功耗和层间功耗的同步优化，而且在芯片层进行多电压供应条件下，在供电电压在模块以及芯片上分配时实现，电压分配与层划分的结合也使总功耗得到优化。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种多电压三维专用片上网络芯片的芯片层划分方法，属于三维芯片集成设计
，其特征在于使用整数线性规划为供电电压与层数的数量相对关系上的三种模式在保证电压分配和芯片间面积均均衡的条件下，对芯片总功耗进行优化，包含模块功耗和层间功耗的同步优化，而且在芯片层进行多电压供应条件下，在供电电压在模块以及芯片上分配时实现，电压分配与层划分的结合也使总功耗得到优化。【专利说明】—种多电压三维专用片上网络芯片的层划分方法
低功耗的三维片上网络芯片层划分方法属于集成电路计算机辅助设计领域，尤其涉及多供电电压划分以及三维芯片集成领域。
技术介绍
三维集成芯片凭借其高集成度、高性能、低互连长度的优点，成为了业界研究的热点；与此同时，为了解决传统芯片布线问题的困难，片上网络芯片结构也得到了发展。三维片上网络芯片，集合了三维芯片和片上网络芯片的优点，在近几年越来越多的受到关注，具有很好的发展前景。然而，由于三维芯片的高集成度，功耗密度越来越大。高功耗不仅会引起电量的损耗，还会带来严重的热问题，甚至引发硬件错误，降低芯片性能。因此，低功耗优化成为三维片上网络芯片的关键。按照功耗的类型可以分为两类，一种是模块本身运行产生的功耗，另一种是模块之间通信产生的功耗。模块功耗与模块本身的性能和加在模块本身的供电电压值有关，而模块的通信功耗，与模块之间的通信量和通信距离有关。多供电电压设计是一种降低芯片模块功耗的有效方法。该技术将芯片划分为不同的电压区域(即电压岛)，为每个电压岛提供特定的供电电压。通过将不重要的元件分配以较低的供电电压，可以实现模块功耗的优化。与此同时，层划分的结果是影响三维芯片通信功耗的重要因素。层划分的结果不仅决定了三维芯片的运行性能，还决定了三维芯片内部的通信方式，从而影响芯片的通信功耗。本专利技术针对三维片上网络芯片，提出了一种基于多电压设计的层划分方法，为三维专用片上网络芯片功耗的优化奠定基础。图1显示了一个三维专用片上网络芯片的示意图。在图中，每个模块都是一个独立的处理器或存储器，转换器是通信的中枢节点，用以实现通信路径的路由、转发等功能，网络接口是实现模块与转换器通信协议的转换。不同的电压岛之间如果需要通信，还需要电压转换器来实现电压及频率的转换。不同层之间的通信，通过信号通孔来实现。
技术实现思路
层划分对于三维专用片上网络芯片层之间通信功耗的优化起着至关重要的作用；然而，考虑多电压设计之后，层划分面临两方面的目标:一方面是通过电压岛实现模块本身功耗的优化，另一方面是实现通信功耗的优化；然而，这两部分是分别由多电压设计和层划分结果决定的；为了达到总功耗的优化，需要将两者同时考虑，即层划分的同时考虑多电压分配的结果；本专利技术提出一种多电压三维专用片上网络芯片的芯片层划分方法，流程如图2所示，其特征在于，是一种用整数线性规划模型进行层划分和电压分配的网络芯片总功耗的优化方法，同时兼顾了各层芯片的面积均衡和电源/地线供电网络资源的优化，是在计算机中依次按照以下步骤实现的，其中:面积均衡是指三维芯片各个层之间的模块面积差别不能过大，这个可以通过用户给定的参数来设定；电源/地线供电网络资源及对电压岛进行供电的网络，由于供电网络需要许多资源，因此需要尽可能的将同一电压岛内的模块放置在一起，如图3所示，分散的电压岛将会导致供电网络资源的浪费；考虑如果在每个芯片层都放置m个电压是不合适的，因为这会增加电源/地线供电网络的资源，增加设计成本；因此，在本专利技术中，我们假定每层芯片都使用尽可能少的电压值；步骤(I )，读入模块信息，包括模块总数N，模块大小以及在可选电压下的功耗，其中:给定各可选电压值及可选电压总数m，总芯片层数S以及模块之间的通信量；步骤(2)，按照以下步骤按所给定的m、S之间的数量关系建立整数线性规划建模；步骤(2.1)，在可选电压m等于芯片层数S时，m=S，依次执行下述步骤:步骤(2.1.1 )，为各层芯片添加电压分配约束:步骤(2.1.1.1)，为各层建立唯一的电压岛:【权利要求】1.一种多电压三维专用片上网络芯片的芯片层划分方法，其特征在于，是一种用整数线性规划模型进行层划分和电压分配的网络芯片总功耗的优化方法，同时兼顾了各层芯片的面积均衡和电源/地线供电网络资源的优化，是在计算机中依次按照以下步骤实现的:步骤(I )，读入模块信息，包括模块总数N，模块大小以及在可选电压下的功耗，其中:给定各可选电压值及可选电压总数m，总芯片层数S以及模块之间的通信量； 步骤(2)，按照以下步骤按所给定的m、S之间的数量关系建立整数线性规划建模； 情况(2.1)，在可选电压m等于芯片层数S时，m=S，依次执行下述步骤: 步骤(2.1.1)，为各层芯片添加电压分配约束: 步骤(2.1.1.1)，为各层建立唯一的电压岛: 【文档编号】G06F17/50GK103886155SQ201410124132【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年3月28日 优先权日:2014年3月28日 【专利技术者】董社勤, 王侃 申请人:清华大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多电压三维专用片上网络芯片的芯片层划分方法，其特征在于，是一种用整数线性规划模型进行层划分和电压分配的网络芯片总功耗的优化方法，同时兼顾了各层芯片的面积均衡和电源/地线供电网络资源的优化，是在计算机中依次按照以下步骤实现的：步骤（1），读入模块信息，包括模块总数N，模块大小以及在可选电压下的功耗，其中：给定各可选电压值及可选电压总数m，总芯片层数S以及模块之间的通信量；步骤（2），按照以下步骤按所给定的m、S之间的数量关系建立整数线性规划建模；情况（2.1），在可选电压m等于芯片层数S时，m=S，依次执行下述步骤：步骤（2.1.1），为各层芯片添加电压分配约束：步骤（2.1.1.1），为各层建立唯一的电压岛：Σl=1mxil=1,1≤i≤N,i=1,2...,i,...N,1≤l≤m,l=1,2...,l,...,m]]> 公式（1）i为模块序号，l为可选电压序号，当m=S时，也为层S中各层的序号；xil=1表示每个模块i上只有一个可选电压，同时任何模块i只分配在一个层上；xil=0表示层l上无模块i；步骤（2.1.1.2），为所有模块，添加模块的最低需求电压约束，表示为：Σl=0Iixil=0]]> 公式（2）Σl=0Uixil=1]]> 公式（3）Ui表示模块i的最低需求电压；表示对于所有可选电压中，任何小于Ui的可选电压都不会选取；表示对于所有可选电压中，模块i必须选取大于Ui的可选电压中的一个；步骤（2.1.2），为各层芯片添加面积均衡约束，表示为：areal=Σi=0Nareai·xil≤1S·Area+ϵ·Area]]> 公式（4）Area为N个模块的总面积，1/S·Area为芯片层的模块平均面积；Areal为层l上模块的总面积；ε为面积松弛变量，设定ε=0.01；ε·Area表示芯片间面积差的许可范围，表示层l上所有模块的面积areai之和；步骤（2.1.3），计算多电压专用片上网络芯片的总功耗P：步骤（2.1.3.1），按下式计算N个模块在S层上的运行总功耗Pcore：Pcore=Σl=0SΣi=1NPil·xil]]> 公式（5）Pil为模块i在层l上的功耗，表示层l上所有模块的功耗之和；步骤（2.1.3.2），按下式计算S层中层间通信总功耗Pvcom：Pvcom=CostvΣi=0NΣj=1NΣl=1SΣk=1SComij·xil·xjk]]>公式（6）其中，1≤i≤N,1≤j≤N,i≠j,1≤l≤S,1≤k≤S,l≠k；Costv为层间单位通信量产生的功耗，Comij表示非同层的模块i和j之间的通信量；Comij·xil·xjk表示层l上的模块i和层k上的模块j的垂直通信时的通信量；在无垂直通信时，Comij=0；步骤（2.1.3.3），按照下式将非线性约束转换为线性约束：Pvcom=CostvΣi=0NΣj=1NΣl=1SΣk=1SComij·xil,jk]]>xil+xjk‑1≤xil，jk 公式（7）步骤（2.1.3.4），求P=Pcore+Pvcom步骤（2.1.4），目标函数为：MinimizeP 公式（8）约束条件为电压分配约束、面积均衡约束；步骤（2.2），在可选电压数m小于总层数S时，m<S，表示存在着某些层共享同一可选电压值，依次执行下述步骤：步骤（2.2.1），得到可能的可选电压值‑层号的候选方案，步骤如下：步骤（2.2.1.1），按照步骤（2.1.1）所述的方法添加电压分配的约束，把N个模块分别赋予最低需求电压，视共享一个可选电压值的各层总称为一个大层，层数用H表示；步骤（2.2.1.2），从步骤（2.2.1.1）得到每个可选电压下的模块数，由此得到各个可选电压值与层号的映射表，称为多个可能的可选电压值‑层号的候选方案；步骤（2.2.2），针对步骤（2.2.1）中每个可选电压值‑层号的候选方案，分别求解层划分方案，步骤如下：步骤（2.2.2.1），将可选电压值‑层号的候选方案中具有相同可选电压值的各层合并为一个大层，H为合并后的总层数，按下式添加H层中各层h的面积均衡约束：Areah=Σi=0Nareai·xih≤khH·Area+ϵ·Area]]> 公式（9）Area为H个层中所有N个模块的总面积，kh...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：董社勤，王侃，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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