多层超大规模集成电路层间耦合的迭代求解方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了多层超大规模集成电路层间耦合的迭代求解方法及装置，其中迭代求解方法包括如下步骤：首先设置第

【技术实现步骤摘要】
多层超大规模集成电路层间耦合的迭代求解方法及装置
本专利技术涉及集成电路
，特别涉及多层超大规模集成电路层间耦合的迭代求解方法及装置。
技术介绍
集成电路工作时其多层版图上由于高速信号的传输，会形成高频交变电磁场，同时，为了提高电子设备的性能，缩小体积，降低成本，将晶体管与其他元器件以及线路都集成在一小块半导体基片上。为了实现更多的功能，超大规模集成电路有数十层到上百层结构，每层结构极其复杂，集成上百万甚至上千万晶体管，且具有多尺度结构，从厘米级到目前最新的纳米级。为了保证集成电路能正常工作并实现事先设计的功能，需要首先保证集成电路的电源完整性和信号完整性，因此需要采用电磁场分析的手段对数十层、上百层的多尺度结构的集成电路的电源完整性和信号完整性进行精准的分析，这是超大规模集成电路电磁场分析的一大难题。分析三维超大规模集成电路的电磁响应的传统方法是三维电磁场数值计算方法，例如三维有限元方法。采用传统数值计算方法计算三维超大规模集成电路的电磁响应时，通常在设置一定区域的截断误差后，将整个三维集成电路连同集成电路之外的有限区域确定为计算区域，然后对整个计算区域进行网格剖分，并计算整个计算区域的电磁场分布，进而计算出集成电路每层的电磁场分布、电流分布、指定端口的电流电压等电磁响应。然而，集成电路过孔、走线等特征尺寸为纳米级，整个集成电路的尺寸为厘米级，而根据截断误差确定的计算区域则为分米级、米级，对这样的多尺度空间进行统一的网格剖分再分析其空间电磁辐射，会产生数亿的网格和未知量，导致计算的硬件（内存）成本和CPU时间成本都过大的问题。为此，可采用有限元法和矩量法相结合的方法计算三维大规模集成电路电磁响应。在三维大规模集成电路区域，采用有限元法；在集成电路之外的大范围区域，采用矩量法；有限元法和矩量法在集成电路与外部空间的界面相耦合。由于矩量法只针对界面进行积分，因此就会减少大量的网格单元和未知量，但由于集成电路的尺度范围为纳米级到厘米级，直接对集成电路整体用有限元法求解本身会产生巨大的稀疏矩阵，且由于有限元法和矩量法进行耦合，使得形成的耦合矩阵在界面处为稠密矩阵，大大增加了整个稀疏矩阵的非零元数量和稀疏矩阵求解复杂度，使得计算时间仍然很长。
技术实现思路
（一）专利技术目的基于上述问题，本专利技术提出多层超大规模集成电路层间耦合的迭代求解方法及装置。本专利技术的出发点是将多层超大规模集成电路的层间耦合看作集成电路层的外部激励，多层集成电路对某层集成电路的层间耦合可以看作多个层耦合的外部激励的叠加，从而不必一次性考虑多层集成电路的电磁场分布，只需要分析单层的电磁场分布，将其他层对该层的耦合当作多个外部激励进行叠加，并通过迭代，不断修正层之间的耦合，直到达到收敛；同时，由电磁场、电磁波在空间中的衰减规律可知，点源对空间任意点的影响随着点源与该点的距离增大而减弱（具体来说其影响值随距离成反比，且因为层界面的反射，使得电磁波由源点传输到空间中的场点减弱更快），因此，通过利用并矢格林函数计算点源对空间点的影响时，可以认为在空间点与点源距离大于一定程度，或者之间相隔的介质层数到一定程度后，点源对空间点的影响可以忽略不计。基于这一事实，设计迭代求解方法时，仅考虑针对被影响层临近的几层施加影响，在这些层之外的层则不考虑其影响，而不是始终都考虑所有其他层对某层的影响，这将大大加速迭代求解时间。（二）技术方案作为本专利技术的第一方面，本专利技术公开了一种多层超大规模集成电路层间耦合的迭代求解方法，包括以下步骤：步骤S100、大规模集成电路总计为N+1层，各层编号为，当考虑大规模集成电路的第m层电流源时，称该层为第m源层，且设置第m源层的作用层的初始值为除第m源层的其他N层集成电路所有层，记为，即第m源层的影响范围最远距离为层；第0层为底层；设置所有源层的源项之中的其他源层对其影响的部分为0。步骤S200、设置m=0。步骤S300、对第m源层，利用并矢格林函数计算第m源层对第l层的影响，记为Gml，然后基于Gml更新第l层的源项之中的第m源层对其影响的部分，对第l层施加二维有限元计算其电磁场分布从而更新该层的电磁场和电流分布，计算得到该层电磁场的改变量dEml，其中；设置m=m+1，如果m≤N，重复执行步骤300；否则，执行步骤S400。步骤S400、如果成立，迭代结束，输出各层的电磁场，其中为预先设定的迭代精度；否则，执行步骤S500。步骤S500、计算所有Gml中的最大值Gmax和最小值Gmin，计算并矢格林函数的有效影响值，其中thredshold为预先设定的并矢格林函数影响的舍弃阈值。步骤S600、选取出所有满足Gml<G条件的Gml，记为Gthredshold，计算所有Gthredshold中距离层m最近的层lnear的层数，记，更新为的平均值，即，转入步骤S200。进一步的，所述步骤S300中还包括对第l层的迭代：S310、在上一次迭代的情况下，每层PCB板的电磁场记为；S320、设置；S330、计算第m层分布的电流源对第l层的影响Gml，基于Gml更新第l层的源项之中的第m源层对其影响的部分，对第l层施加二维有限元计算其电磁场分布从而更新该层的电磁场和电流分布，同时计算该层电磁场的改变量dEml，此时第l层的电磁场变为El=E+dEml；S340、l=l+1，返回步骤S330，直到。进一步的，根据集成电路分层的特殊结构，第m源层在第l层产生的影响Gml可分解为位于第m源层的点电流源在第l层产生的电场表达式的叠加，所述第m源层的点电流源在第l层产生的电场表达式为利用并矢格林函数给出的特殊的解析表达式，多层集成电路的电流源为层状分布，即在复杂形状的集成电路版图的每个金属层上分布的电流密度只与x和y轴方向有关，与z轴方向无关，电流密度分布仅为x，y的函数。进一步的，所述第m源层在第l层产生的影响Gml可分解为位于第m源层的点电流源在第l层产生的电场表达式的叠加的具体方法为：将位于第m源层的点电流源在第l层产生的电场表达式作为二维高斯积分的被积函数，基于场的线性叠加原理计算第m源层的简单形状多边形的面电流源在相同位置产生的场，二维面S内的第m源层在第l层产生的场通过所述二维高斯积分计算：；其中，E(x,y,z)为所述二维面S内的电流源在空间任意点(x,y,z)产生的场，为所述二维面S内任意位置(u,v)的点电流源在空间任意点(x,y,z)产生的场的并矢格林函数的表达式，(up,vq)表示二维面S内二维高斯积分对应的高斯积分点，p,q分别表示u,v方向的第p个，第q个高斯积分点，是对应高斯积分点的权重因子。进一步的，在迭代过程中根据并矢格林函数的影响值G的大小确定能够忽略的层，自适应调节第m源层对其临近的第l层施加影响的范围。另一方面公开的一种多层超大规模集成电路层间耦合的迭代装置，包括作用层迭代模块、源层迭代模块、源项更新模块、电磁场的改变量更新模块和N+1层的大规模集成电路，各层编号为。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多层超大规模集成电路层间耦合的迭代求解方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S100、大规模集成电路总计为

【技术特征摘要】
1.一种多层超大规模集成电路层间耦合的迭代求解方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S100、大规模集成电路总计为N+1层，各层编号为，当考虑大规模集成电路的第m层电流源时，称该层为第m源层，且设置第m源层的作用层的初始值为除第m源层的其他N层集成电路所有层，记为，即第m源层的影响范围最远距离为层；第0层为底层；设置所有源层的源项之中的其他源层对其影响的部分为0；
步骤S200、设置m=0；
步骤S300、对第m源层，利用并矢格林函数计算第m源层对第l层的影响，记为Gml，然后基于Gml更新第l层的源项之中的第m源层对其影响的部分，对第l层施加二维有限元计算其电磁场分布从而更新该层的电磁场和电流分布，计算得到该层电磁场的改变量dEml，其中；设置m=m+1，如果m≤N，重复执行步骤300；否则，执行步骤S400；
步骤S400、如果成立，迭代结束，输出各层的电磁场，其中为预先设定的迭代精度；否则，执行步骤S500；
步骤S500、计算所有Gml中的最大值Gmax和最小值Gmin，计算并矢格林函数的有效影响值，其中thredshold为预先设定的并矢格林函数影响的舍弃阈值；
步骤S600、选取出所有满足Gml<G条件的Gml，记为Gthredshold，计算所有Gthredshold中距离层m最近的层lnear的层数，记，更新为的平均值，即，转入步骤S200。


2.根据权利要求1所述的多层超大规模集成电路层间耦合的迭代求解方法，其特征在于，所述步骤S300中还包括对第l层的迭代：
S310、在上一次迭代的情况下，每层PCB板的电磁场记为；
S320、设置；
S330、计算第m层分布的电流源对第l层的影响Gml，基于Gml更新第l层的源项之中的第m源层对其影响的部分，对第l层施加二维有限元计算其电磁场分布从而更新该层的电磁场和电流分布，同时计算该层电磁场的改变量dEml，此时第l层的电磁场变为；
S340、l=l+1，返回步骤S330，直到。


3.根据权利要求1所述的多层超大规模集成电路层间耦合的迭代求解方法，其特征在于，根据集成电路分层的特殊结构，第m源层在第l层产生的影响Gml可分解为位于第m源层的点电流源在第l层产生的电场表达式的叠加，所述第m源层的点电流源在第l层产生的电场表达式为利用并矢格林函数给出的特殊的解析表达式，多层集成电路的电流源为层状分布，即在复杂形状的集成电路版图的每个金属层上分布的电流密度只与x和y轴方向有关，与z轴方向无关，电流密度分布仅为x，y的函数。


4.根据权利要求3所述的多层超大规模集成电路层间耦合的迭代求解方法，其特征在于，所述第m源层在第l层产生的影响Gml可分解为位于第m源层的点电流源在第l层产生的电场表达式的叠加的具体方法为：将位于第m源层的点电流源在第l层产生的电场表达式作为二维高斯积分的被积函数，基于场的线性叠加原理计算第m源层的简单形状多边形的面电流源在相同位置产生的场，二维面S内的第m源层在第l层产生的场通过所述二维高斯积分计算：

；
其中，E(x,y,z)为所述二维面S内的电流源在空间任意点(x,y,z)产生的场，为所述二维面S内任意位置的点电流源在空间任意点(x,y,z)产生的场的并...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐章宏，邹军，王芬，汲亚飞，黄承清，
申请(专利权)人：北京智芯仿真科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11