利用最小包围圆的TSV自动定位方法技术

利用最小包围圆的TSV自动定位方法，属于电路设计领域；本方法首先对3D集成电路的版图建立平面直角坐标系，将所有含有TSV的线网中所有标准单元的坐标投影到坐标系中。然后分别对每一个含有TSV的线网进行处理。将该线网中所有标准单元组成离散点集，利用最小包围圆算法求解这些离散点的最小包围圆，此时圆心的坐标就为该线网所有TSV的坐标。最后对所有线网做上述处理，得到3D集成电路中所有TSV的坐标。本发明专利技术具有如下有益效果：本发明专利技术可以实现所有线网TSV位置的确定；因为利用了最小包围圆来确定TSV的位置，所以有利于缩短3D集成电路的互连长度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种3D集成电路的自动布局技术，属于电路设计领域，尤其涉及一种3D集成电路的TSV自动定位方法。
技术介绍
随着集成电路产业的发展，集成电路芯片中的晶体管数量逐渐增多，晶体管的尺寸也越来越小。由于芯片中晶体管数量的增加，使得互连的长度增加，导致了互连的功耗逐渐超过晶体管的功耗成为芯片的主要功耗。互连长度的增加也会导致布线难度增加等等其它问题。随着晶体管尺寸的缩小，半导体制造工艺也越来越接近其物理极限，导致晶体管的尺寸很难继续缩小下去。以上这些因素都会阻碍集成电路产业按照其发展规划即摩尔定律发展。此外，传统半导体器件的替代技术，如石墨烯和量子计算机，都无法在短期内实现大规模应用，所以3D集成电路就成为了一个可行的发展方向。与传统集成电路的平面布局不同，3D集成电路中晶体管并非只分布在同一平面上，而是利用多层芯片的堆叠实现晶体管的三维布局。3D集成电路将原有的2D集成电路拆分成多个芯片，并堆叠起来。之后通过硅通孔(TSV)实现芯片的垂直互连，并显著缩短了水平互连的长度。于是解决TSV定位问题就成为了3D集成电路设计的一个重要的方面。为了缩短互连长度，本专利技术提出了一种利用最小包围圆的TSV自动定位方法，对每一个含有TSV的线网分别进行处理，利用线网中所有标准单元的坐标确定这些标准单元的最小包围圆，其圆心为TSV的坐标。
技术实现思路
本专利技术提供了一种3D集成电路的TSV自动定位方法，通过3D集成电路标准单元的坐标，利用最小包围圆算法确定TSV的坐标，完成TSV的定位，实现缩短互连长度的目的；该3D集成电路的TSV自动定位系统包括输入单元、二边界点确定圆单元、三边界点外接圆单元和包围圆验证单元四部分。输入单元的作用是输入设计的版图，将其置于建立的坐标系内，并建立边界点集合；二边界点确定圆单元的作用是利用两个边界点的连线为直径确定圆；三边界点外接圆单元用于确定三边界点的外接圆；包围圆验证单元用于判断二边界点确定圆单元和三边界点外接圆单元得到的圆是否为包围圆，并控制边界点集合的单元不超过三个。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方法为利用最小包围圆的TSV自动定位方法，该方法为一种3D集成电路的TSV自动定位方法，首先建立3D集成电路版图的平面直角坐标系，对每个含有TSV的线网分别进行处理，提取线网中所有标准单元的坐标；然后对于一个线网，计算得到将该线网所有标准单元包围的最小包围圆，将圆心定为TSV的坐标；对每一个线网进行相同的处理，最终确定所有TSV的坐标。具体步骤如下：S1.建立3D集成电路平面直角坐标系A。针对每一个含有TSV的线网，提取其所有标准单元的坐标，将这些单元投影到坐标系A中。分别对每个有TSV的线网执行如下步骤。S2.将该线网中距离最远的单元放入边界点集合中，并用这两个单元的连线为直径得到一个圆。判断这个圆是否为包围圆，如果是，就以这个圆的圆心作为这个线网所有TSV的坐标。如果不是包围圆，将距离圆心最远的单元放入集合的最后。此时，集合中有三个单元。S3.如果集合中的三个单元处于同一直线或构成钝角三角形，则用其中距离最远的两个单元重复S2中确定圆的过程；如果这三个单元不处于同一直线且不能构成钝角三角形，则求出它们的外接圆。判断这个圆是否为包围圆，如果是，就以这个圆的圆心作为这个线网所有TSV的坐标。S4.如果S3得到的圆不是包围圆，将距离圆心最远的单元放入边界点集合的最后，并删除集合中的第一个单元，保持集合中的单元数量不超过三个。再重复S3。S5.反复执行S3、S4，直到TSV的坐标确定为止。最后对每个线网重复S2-S4，直到所有线网都处理完为止。为实现上述步骤，该3D集成电路的TSV自动定位系统各个单元的功能如下。输入单元的功能如下：首先建立3D集成电路平面直角坐标系A，然后对被处理线网的标准单元坐标进行提取，投影到坐标系A中，作为确定最小包围圆的离散点，最后确定离散点中距离相距最远的两个单元，将这两个单元放入一个有序集合内，该集合即为边界点集合。二边界点确定圆单元的功能如下：将边界点集合内距离最远的两个单元连线，再把连线作为直径来确定一个圆。三边界点外接圆单元的功能如下：利用边界点集合内的三个不共线且不能构成钝角三角形的单元，确定这三个单元的外接圆。包围圆验证单元的功能如下：用于判断二边界点确定圆单元和三边界点外接圆单元得到的圆是否为包围圆，如果不是，将距离圆心最远的单元放入边界点集合的最后，并且如果集合内的单元超过三个，将删除第一个单元，使集合内的点保持为三个。其中坐标系A的坐标轴刻度与实际版图的大小相符，并精确到纳米级。本专利技术只适合在每个线网的TSV数量以及TSV所在的层已经确定时使用。本专利技术方法具有如下有益效果：本专利技术可以实现所有线网TSV位置的确定；因为利用了最小包围圆来确定TSV的位置，所以有利于缩短3D集成电路的互连长度。附图说明图1为3D集成电路芯片中某两层的剖面结构示意图；图2为利用最小包围圆定位TSV的流程图；图3为至少利用两个边界点确定最小包围圆的情况；图4为至少利用三个边界点确定最小包围圆的情况；图5为确定最小包围圆的流程示意图；图6为一个两层3D集成电路中某个线网的TSV定位结果；图7为图6的图例；图中：1、TSV，2、标准单元，3、金属互连线，4、金属层，5、衬底，6、上层芯片，7、下层芯片，8、某线网上层芯片的标准单元，9、某线网下层芯片的标准单元，10、某线网利用最小包围圆定位的TSV。具体实施方式以下结合附图对本专利技术做进一步说明。如图1所示为3D集成电路芯片某两层的剖面结构示意图，该3D集成电路芯片包括TSV1、标准单元2、金属互连线3、金属层4、衬底5、上层芯片6和下层芯片7；本专利技术包括四个单元，分别为输入单元、二边界点确定圆单元、三边界点外接圆单元和包围圆验证单元；本专利技术中的3D集成电路是一种三维芯片结构，3D集成电路的每一层都是二维芯片；上层芯片6和下层芯片7代表3D集成电路中的两层的大体结构；TSV1为穿透芯片衬底5的硅通孔结构，实现了上层芯片6和下层芯片7之间的通信；芯片中的标准单元2是集成电路实现对信号处理和储存的基本组成部分，并通过金属互连线3和TSV1实现标准单元2之间的信号传输。确定离散点的最小包围圆存在两种情况。如图3所示：至少由两个边界点确定的最小包围圆，此时最小包围圆就是这两点连线为直径构成的圆；如图4所示：至少由三个边界点确定的最小包围圆，此时最小包围圆就是这本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用最小包围圆的TSV自动定位方法，该方法为一种3D集成电路的TSV自动定位方法，其特征在于：首先建立3D集成电路版图的平面直角坐标系，对每个含有TSV的线网分别进行处理，提取线网中所有标准单元的坐标；然后对于一个线网，计算得到将该线网所有标准单元包围的最小包围圆，将圆心定为TSV的坐标；对每一个线网进行相同的处理，最终确定所有TSV的坐标；具体步骤如下：S1.建立3D集成电路平面直角坐标系A；针对每一个含有TSV的线网，提取其所有标准单元的坐标，将这些单元投影到坐标系A中；分别对每个有TSV的线网执行如下步骤；S2.将该线网中距离最远的单元放入边界点集合中，并用这两个单元的连线为直径得到一个圆；判断这个圆是否为包围圆，如果是，就以这个圆的圆心作为这个线网所有TSV的坐标；如果不是包围圆，将距离圆心最远的单元放入集合的最后；此时，集合中有三个单元；S3.如果集合中的三个单元处于同一直线或构成钝角三角形，则用其中距离最远的两个单元重复S2中确定圆的过程；如果这三个单元不处于同一直线且不能构成钝角三角形，则求出它们的外接圆；判断这个圆是否为包围圆，如果是，就以这个圆的圆心作为这个线网所有TSV的坐标；S4.如果S3得到的圆不是包围圆，将距离圆心最远的单元放入边界点集合的最后，并删除集合中的第一个单元，保持集合中的单元数量不超过三个；再重复S3；S5.反复执行S3、S4，直到TSV的坐标确定为止；最后对每个线网重复S2‑S4，直到所有线网都处理完为止。...

【技术特征摘要】
1.利用最小包围圆的TSV自动定位方法，该方法为一种3D集成电路的TSV自动定位方
法，其特征在于：首先建立3D集成电路版图的平面直角坐标系，对每个含有TSV的线网分别
进行处理，提取线网中所有标准单元的坐标；然后对于一个线网，计算得到将该线网所有标
准单元包围的最小包围圆，将圆心定为TSV的坐标；对每一个线网进行相同的处理，最终确
定所有TSV的坐标；具体步骤如下：
S1.建立3D集成电路平面直角坐标系A；针对每一个含有TSV的线网，提取其所有标准单
元的坐标，将这些单元投影到坐标系A中；分别对每个有TSV的线网执行如下步骤；
S2.将该线网中距离最远的单元放入边界点集合中，并用这两个单元的连线为直径得
到一个圆；判断这个圆是否为包围圆，如果是，就以这个圆的圆心作为这个线网所有TSV的
坐标；如果不是包围圆，将距离圆心最远的单元放入集合的最后；此时，集合中有三个单元；
S3.如果集合中的三个单元处于同一直线或构成钝角三角形，则用其中距离最远的两
个单元重复S2中确定圆的过程；如果这三个单元不处于同一直线且不能构成钝角三角形，
则求出它们的外接圆；判断这个圆是否为包围圆，如果是，就以这个圆的圆心作为这个线网
所有TSV的坐标；
S4.如果S3得到的圆不是包围圆，将距离圆心最远的单元放入边界点集合的最后，并删
除集合中的第一个单元，保持集合中的单元数量不超过三个；再重复S3；
S5.反复执行S3、S4，直到TSV的坐标确定为止；最后对每个线网重复S2-S4，直到所有线
网都处理完为止。
2.根据权利要求1所述的利用最小包围圆的TSV自动定位方法，其特征在于：该3D集成
电路的TSV自动定位系统各个单元的功能如下；
输入单元的功能如下：首先建立3D集成电路平面直角坐标系A，然后对被处理线网的标
准单元坐标进行提取，投影到坐标系A中，作为确定最小包围圆的离散点，最后确定离散点
中距离相距最远的两个单元，将这两个单元放入一个有序集合内，该集合即为边界点集合。
3.根据权利要求1所述的利用最小包围圆的TSV自动定位方法，其特征在于：二边界点
确定圆单元的功能如下：将边界点集合内距离最远的两个单元连线，再把连线作为直径来
确定一个圆。
4.根据权利要求1所述的利用最小包围圆的TSV自动定位方法，其特征在于：三边界点
外接圆单元的功能如下：利用边界点集合内的三个不共线且不能构成钝角三角形的单元，
确定这三个单元的外接圆。
5.根据权利要求1所述的利用最小包围圆的TSV自动定位方法，其特征在于：包围圆验
证单元的功能如下：用于判断二边界点确定圆单元和三边界点外接圆单元得到的圆是否为
包围圆，如果不是，将距离圆心最远的单元放入边界点集合的最后，并且如果集合内的单元
超过三个，将删除第一个单元，使集合内的点保持为三个。
6.根据权利要求1所述的利用最小包围圆的TSV自动定位方法，其特征在于：坐标系A的
坐标轴刻度与实际版图的大小相符，并精确到纳米级。
7.根据权利要求1所述的利用最小包围圆的TSV自动定位方法，其特征在于：该3D集成
电路芯片包括TSV(1)、标准单元(2)、金属互连线(3)、金属层(4)、衬底(5)、上层芯片(6)和
下层芯片(7)；本芯片包括四个单元，分别为输入单元、二边界点确定圆单元、三边界点外接
圆单元和包围圆验证单元；3D集成电路是一种三维芯片结构，3D集成电路的每一层都是二
维芯片；上层芯片(6)和下层芯片(7)代表3D集成电路中的两层的大体结构；TSV(1)为穿透
芯片衬底(...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯立刚，赵未，付婧妍，杨扬，彭晓宏，耿淑琴，汪金辉，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11