一种超大规模集成电路电源/地布线网快速分析方法技术

本发明专利技术涉及一种超大规模集成电路Ｐ／Ｇ布线网快速分析方法，其主要步骤如下：首先是通过划分得到各局部子网，在用Ｃｈｏｌｅｓｋｙ分解法求得各子网的等效网络后，即可形成只有子网端口组成的局部子网等效网络和其它全局节点组成的全局网；再对全局网应用Ｃｈｏｌｅｓｋｙ分解法求解。所述的网络划分方法是通过ＸＹ扫描线技术，根据坐标信息，统计扫描线切割Ｍｅｓｈ行列数，在切割数突变或稀疏处分割网络。基于Ｃｈｏｌｅｓｋｙ分解法图模型的加速子网分析运算方法：使对应列－非零元图的顶点弧立排序，在顶点弧立过程中能保持各顶点有较小的邻接顶点数，使对称正定阵在Ｃｈｏｌｅｓｋｙ分解中产生的填入元减少，从而加快三角化对称正定阵运行时间，同时减少运算所需内存。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及布线网快速分析方法，尤其是一种超大规模集成电路P/G布线网快速分析方法。
技术介绍
随着超大规模集成电路技术和工艺发展，芯片特征金属线宽发展到深亚微米阶段，同时由于芯片功能的不断扩大和复杂化，导致片上元件间金属连线的长度不断膨胀；芯片工作频率不断加快，使芯片供电整体电流加大；另外，由于低功耗设计的要求，电路工作供电系统不断利用低电压技术，以上多种因素的组合，使得芯片工作可靠性要求中P/G网设计成为关键的因素。超大规模集成电路电源/地(P/G)网布线采用网孔(Mesh)结构，避免供电不足导致电路工作不可靠甚至不能工作的隐患。但对这种结构的P/G布线网络进行分析验证有两个主要的困难一是网络规模巨大，有数百万到上亿个节点规模；二是由于网络存在多个非线性开关器件。因此，通用的电路模拟工具如Spice根本不可能完成。而已有的一些专门用于Mesh结构P/G布线网络验证的模拟器，则需要花费很长的运行时间和很大的内存空间。对第二个问题，一般采用先对需要供电的单个电路模块(含开关器件)进行非线性模拟，得到单个电路模块的时变电流模型(随时间变化的模块吸收/释放电流)；再将金属连线和通孔等效为由电阻和电容组成的线性无源网络，供电电源模拟为恒定电压源，各电路模块等效为时变电流源，P/G布线网络就成为一个含稳定电压源和时变电流源的RC线性网络。因此，对第一个问题，实际是要解决超大型稀疏线性方程组的快速求解问题。一般采用Cholesky法及共轭梯度法来求解P/G布线网络的稀疏线性方程组，但空间及时间复杂度都很大，一步模拟就需要小时级的时间和T级的内存空间。为解决超大型Mesh结构P/G布线网络分析的超大型稀疏线性方程组的快速求解问题，国内外进行了很多研究。如将网络按层次划分成若干子网络来计算，由于网络规模的巨大和Mesh结构网络的特点，即使是子网络(仍然是Mesh结构)的规模也是很大的，有至少上万个节点的规模，直接用Cholesky分解法求解，不采用加速子网络运算的策略，直接用Cholesky法对子网络进行求解仍导致，时间复杂度还是比较大的。另外，也有使用类似标准多网格(SMG)简化法的算法将电源/地网简化为足够小的粗网络，然后再用代数多网格法(AMG)求解，即先用约束操作将待求解方程组映射到粗网格，并用Cholesky分解法求解，再用插值操作符把结果映射回原网络。
技术实现思路
本专利技术要解决上述所述的不足，提供一种超大规模集成电路P/G布线网快速分析方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案。这种超大规模集成电路P/G布线网快速分析方法，其主要步骤如下首先是通过划分得到各局部子网，在用Cholesky分解法求得各子网的等效网络后，即可形成只有子网端口组成的局部子网等效网络和其它全局节点组成的全局网；再对全局网应用Cholesky分解法求解。所述的网络划分方法是通过XY扫描线技术，根据坐标信息，统计扫描线切割Mesh行列数，在切割数突变或稀疏处分割网络。基于Cholesky分解法图模型的加速子网分析运算方法使对应列-非零元图的顶点孤立排序，在顶点孤立过程中能保持各顶点有较小的邻接顶点数，使对称正定阵在Cholesky分解中产生的填入元减少，从而加快三角化对称正定阵运行时间，同时减少运算所需内存。本专利技术有益的效果是本专利技术提出了一个基于网络划分的P/G布线网络层次化快速分析方法。其中，对于子网运算，通过对Cholesky分解法三角化对称正定阵的图模型分析，并基于Mesh结构网络的自身特点，提出了一个基于图顶点排序的加速子网分析运算策略；并用基于MPI的并行结构实现了P/G布线网络分析的并行运算。实验证明，该层次化快速分析方法在运算时间和内存占用上效果十分良好。附图说明图1是本专利技术的加速子网运算的P/G网并行分析算法流程图；图2是本专利技术顶点孤立操作产生新增边的示意图；图3是本专利技术Mesh结构P/G布线网络系数矩阵对应图的邻接顶点数增长趋势图a；图4是本专利技术Mesh结构P/G布线网络系数矩阵对应图的邻接顶点数增长趋势图b；图5是本专利技术Mesh结构网络对应列—非零元图的顶点孤立排序示意图a；图6是本专利技术Mesh结构网络对应列—非零元图的顶点孤立排序示意图b；图7是本专利技术Mesh结构网络对应列—非零元图的顶点孤立排序示意图c；图8是本专利技术Mesh结构网络对应列—非零元图的顶点孤立排序示意图d；具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步描述。1、P/G布线网络分析模型对于一个含稳定电压源和时变电流源的RC线性网络(P/G网的等效网络)，其有以下MNA(ModifiedNodal Analysis)形式的线性方程组(节点电压方程组)G*V(t)+C*V′(t)＝I(t)，其中G是导纳矩阵，C是电容及电感矩阵， (1)由后向欧拉方法可得一阶差分方程组(G+C/h)*V(t)＝I(t)+C/h*V(t-h) (2)采用固定时间步h，方程式2构成可以进行网络瞬态分析的线性方程组，由于系数矩阵(G+C/h)为时不变的稀疏对称正定阵，该矩阵唯一标识P/G网，只要对系数矩阵(G+C/h)进行一次三角化矩阵运算，就可用同一个三角化矩阵按多个时间步迭代，可得到一定时间段内的P/G网分析验证结果。若直接用Cholesky法及共轭梯度法等对超大型P/G网的系数矩阵进行三角化，存在空间和时间复杂度问题。因此，Mesh结构P/G网快速分析验证的关键问题就是如何对系数矩阵(G+C/h)进行快速三角化。2、基于网络划分的Mesh结构P/G布线网络层次化分析方法根据“分治”思想，将P/G布线网络划分为一个全局网和k个局部子网，局部子网中只与子网内的节点相连的节点称为内部节点，与子网外的节点相连的节点称为端口，全局网中只包含端口和除子网端口外的节点(称为全局节点)。从全局网的观点来看，任一局部子网可等效为只有端口组成的网络。只要划分时使得端口数大大小于子网内的内部节点数，全局网对应矩阵的规模就可大大小于原P/G布线网络对应的矩阵；而局部子网的规模相对讲也比较小。因此，基于网络划分的层次化分析方法大大降低了稀疏线性方程组的阶数，使计算的时间和空间复杂性大大降低。该方法首先是通过划分得到各局部子网。在用Cholesky分解法求得各子网的等效网络后，即可形成由子网的等效网络(网络节点只有子网端口)和其它全局节点组成的全局网；再对全局网应用Cholesky分解法求解。只有子网端口组成的局部子网等效网络可由以下式3表征I＝A*V，I∈Rm，A∈Rm×m，V∈Rm(3)式中，m是子网端口数，A为子网等效网络的导纳矩阵，V为端口电压向量，I为流经端口的电流向量。等效子网导纳矩阵A可由该局部子网的节点电压方程组(式4)求得。G11G12G12TG22UV=0I---(4)]]>式中，U代表子网内部节点的电压向量；G11代表子网无源内部节点间的导纳矩阵；G22代表子网端口间的导纳矩阵；G12代表子网无源内部节点与端口间的关联导纳矩阵。A=G22-G12TG11-1G12=(L21L21T+L22L22T)-(L21L11T)(L11L11T)-1(L11L21T)=L22L22T---(5)]]>A实际上就是子网节点电压方程组系数矩阵作不完全三角化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超大规模集成电路Ｐ／Ｇ布线网快速分析方法，其主要步骤如下：首先是通过划分得到各局部子网，在用Ｃｈｏｌｅｓｋｙ分解法求得各子网的等效网络后，即可形成只有子网端口组成的局部子网等效网络和其它全局节点组成的全局网；再对全局网应用Ｃｈｏｌｅｓｋｙ分解法求解；其特征在于：　　　　１）、所述的网络划分方法是通过ＸＹ扫描线技术，根据坐标信息，统计扫描线切割Ｍｅｓｈ行列数，在切割数突变或稀疏处分割网络；　　　　２）、基于Ｃｈｏｌｅｓｋｙ分解法图模型的加速子网分析运算方法：使对应列－非零元图的顶点弧立排序，在顶点弧立过程中能保持各顶点有较小的邻接顶点数，使对称正定阵在Ｃｈｏｌｅｓｋｙ分解中产生的填入元较少，从而加快三角化对称正定阵运行时间，同时减少运算所需内存。

【技术特征摘要】
1.一种超大规模集成电路P/G布线网快速分析方法，其主要步骤如下首先是通过划分得到各局部子网，在用Cholesky分解法求得各子网的等效网络后，即可形成只有子网端口组成的局部子网等效网络和其它全局节点组成的全局网；再对全局网应用Cholesky分解法求解；其特征在于1)、所述的网络划分方法是通过XY扫描线技术，根据坐标信息，统计扫描线切割Mesh行列数，在切割数突变或稀疏处分割网络；2)、基于Cholesky分解法图模型的加速子网分析运算方法使对应列—非零元图的顶点孤立排序，在顶点孤立过程中能保持各顶点有较小的邻接顶点数，使对称正定阵在Cholesky分解中产生的填入元较少，从而加快三角化对称正定阵运行时间，同时减少运算所需内存。2.根据权利要求1所述的超大规模集成电路P/G布线网快速分析方法，其特征在于给定一个对称正定阵，定义图G＝(V，E)为它的列—非零元图，其中顶...

【专利技术属性】
技术研发人员：竺红卫，孙玲玲，马骐，李春强，蔡妙花，林菲，
申请(专利权)人：杭州电子工业学院，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]