一种评估集成电路电源供电系统可靠性的方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种评估集成电路电源供电系统可靠性的方法和系统，涉及集成电路技术领域，包括如下步骤：设置出集成电路的直流压降计算模型并采用有限元法计算供电网络中的电压分布和各评估指标；基于评估集成电路电源供电系统可靠性的规则，针对保守设计或余量设计，选取不同的规则组合对其可靠性进行评估，当计算的与选取的规则组合对应的评估指标超过规则组合中任一规则对应的预设值时，则判定为不可靠，否则判定可靠；通过定义评估指标和判定规则，设定不同判定规则的组合，比较规则组合对应的评估指标与其预设值来判断集成电路电源供电系统可靠性，能基于不同设计需求判断供电网络是否合理，提高了供电网络可靠性判断的准确度。断的准确度。断的准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种评估集成电路电源供电系统可靠性的方法和系统


[0001]本申请涉及集成电路
，具体涉及一种评估集成电路电源供电系统可靠性的方法和系统。

技术介绍

[0002]超大规模集成电路往往设计有几层到上百层结构，每层结构极其复杂，集成数千万甚至数亿的晶体管，具有多尺度结构，从厘米级到目前最新的纳米级，这些数以亿计的元器件在集成电路封装上形成了数以万计的电源与信号网络，以实现多路信号、多个功能同时并发工作，因此，集成电路的电源系统设计显得尤为重要，电源系统的设计不合理，可能导致集成电路部分网络的供电不足，或者是部分网络的电压降太大，这些都将导致集成电路无法正常工作。
[0003]现有技术中，CN104331546A一种航天器用数字定制集成电路后端版图设计评估方法中通过针对同工艺条件下负载（SINK）的电压降，掌握整个供电网络的供电情况，判断供电网络是否合理，保证芯片功能不会因为供电问题产生影响来评估供电是否可靠。但是，在集成电路设计中会基于不同设计需求设计集成电路中，例如：保守设计、余量设计和经济设计等，简单的针对同工艺条件下负载（SINK）的电压降来掌握整个供电网络的供电情况，现有技术并不能判断基于不同设计需求的供电网络是否合理，因此，降低了供电网络可靠性判断的准确度。如何基于集成电路的多电源供电系统提出一种系统的评估集成电路电源供电系统可靠性的通用规则，基于这些通用规则对集成电路的电源供电系统进行评估，以提高基于不同需求设计的供电网络可靠性判断的准确度是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
专利技术内容
[0004]（一）申请目的
[0005]有鉴于此，本申请的目的在于提供一种评估集成电路电源供电系统可靠性的方法和系统，用于解决如何基于电压降精确评估设计方案的供电系统是否可靠的技术问题。
[0006]（二）技术方案
[0007]本申请公开一种评估集成电路电源供电系统可靠性的方法，包括如下步骤：
[0008]S1、基于集成电路设计的电压调节模块的供电方式，针对每个电压调节模块的供电方式设置出相应的直流压降计算模型；
[0009]S2、基于设置的直流压降计算模型，采用有限元法计算集成电路电源供电网络中的电压分布，基于电压分布计算评估指标，并基于设计需求设定不同评估指标的阈值，所述评估指标包括负载的最坏压降、负载的平均压降、电源网络的电源压降、地网络的地压降、供电网络的电压波动、平面电流密度和过孔的电流密度中的一个或多个；所述评估指标和阈值用于构建多个可靠性评估规则，所述多个可靠性评估规则用于基于所述设计需求选取不同的可靠性评估规则构建可靠性评估规则组合，所述可靠性评估规则组合用于对集成电
路电源供电系统的可靠性进行评估；
[0010]S3、当可靠性评估规则组合中任一可靠性评估规则不满足时，则判定集成电路电源供电系统为不可靠，否则判定可靠。
[0011]在一种可能的实施方式种，所述负载的最坏压降定义为VRM正极管脚的电压最大值减SINK正极管脚的电压最小值的差值，负载的平均压降定义为VRM正极管脚的电压平均值减SINK正极管脚的电压平均值的差值，电源网络的电源压降定义为VRM的输出电压减电源网络平面的最低电压的差值，地网络的地压降定义为地网络平面的最高电压减地网络平面的最低电压的差值，供电网络的电压波动定义为电源网络压降的绝对值加上地网络压降的绝对值。
[0012]在一种可能的实施方式中，所述采用有限元法计算集成电路电源供电网络中的电压分布，基于电压分布计算评估指标包括：不同供电方式对应的直流压降计算模型中，将集成电路三维电场模型简化为多层二维电场模型，多层二维电场模型的各层集成电路版图进行网格剖分；对所述多层二维电场模型形成的微分方程对应的泛函在网格剖分单元上进行离散，取极值并令极值为零得到有限元刚度矩阵方程组，对所述有限元刚度矩阵方程组进行求解，得到集成电路电源供电网络的电压分布；
[0013]基于电压分布，分别找出VRM正极管脚在电源网络对应的位置和SINK正极管脚在地网络对应的位置，该位置的电压即为VRM正极管脚的电压和SINK正极管脚的电压；电源平面的最低电压为有限元法获得的电压分布在电源平面上的最小值；地网络平面的最高电压为有限元法获得的电压分布在地网络平面上的最大值；地网络平面的最低电压为有限元法获得的电压分布在地网络平面上的最小值；
[0014]基于电压分布，计算平面电流密度的分布和过孔的电流密度：
[0015]式中，为平面所在导体的电导率，为平面电源或地网络平面任意点的坐标，为有限元法获得的电压分布，为梯度运算符；
[0016]过孔的电流密度由有限元法获得的电压分布根据下式计算获得：
[0017]式中，为第个过孔的电流密度，为第个过孔top层所在位置的电压，为第个过孔bottom层所在位置的电压，为第个过孔的电阻，为第个过孔的截面积。
[0018]在一种可能的实施方式中，所述多个可靠性评估规则包括：
[0019]规则1：用于评估SINK的电压是否达标，其定义为：计算的负载的最坏压降低于负载的最坏压降的阈值；
[0020]规则2：用于评估SINK的电压是否达标，其定义为：计算的负载的平均压降低于负
载的平均压降的阈值；
[0021]规则3：用于评估集成电路供电系统的电源平面是否达标，其定义为：计算的电源网络的电源压降低于电源网络的电源压降的阈值；
[0022]规则4：用于评估集成电路供电系统的地网络平面是否达标，其定义为：计算的地网络的地压降低于地网络的地压降的阈值；
[0023]规则5：用于评估集成电路电源供电网络是否达标，其定义为：计算的供电网络的电压波动低于供电网络的电压波动的阈值，计算的供电网络任意位置的平面电流密度大小低于平面电流密度的阈值，计算的任一过孔的电流密度大小低于过孔的电流密度的阈值。
[0024]在一种可能的实施方式中，所述多个可靠性评估规则用于基于所述设计需求选取不同的可靠性评估规则构建可靠性评估规则组合包括：所述设计需求包括保守设计、余量设计和经济设计中的任一一个；当设计需求为保守设计或余量设计，所述可靠性评估规则组合包括规则1、规则3、规则4和规则5；当设计需求为经济设计，所述可靠性评估规则组合包括规则2、规则3、规则4和规则5。
[0025]作为本申请的第二方面，还公开了一种评估集成电路电源供电系统可靠性的系统，包括直流压降计算模型设置模块、评估指标计算模块和可靠性评估模块；其中，直流压降计算模型设置模块用于基于集成电路设计的电压调节模块的供电方式，针对每个电压调节模块的供电方式设置出相应的直流压降计算模型；评估指标计算模块用于基于设置的直流压降计算模型，采用有限元法计算集成电路电源供电网络中的电压分布，基于电压分布计算评估指标，并基于设计需求设定不同评估指标的阈值，所述评估指标包括负载的最坏压降、负载的平均压降、电源网络的电源压降、地网络的地压降、供电网络的电压波动、平面电流密度和过孔的电流密度中的一个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种评估集成电路电源供电系统可靠性的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、基于集成电路设计的电压调节模块的供电方式，针对每个电压调节模块的供电方式设置出相应的直流压降计算模型；S2、基于设置的直流压降计算模型，采用有限元法计算集成电路电源供电网络中的电压分布，基于电压分布计算评估指标，并基于设计需求设定不同评估指标的阈值，所述评估指标包括负载的最坏压降、负载的平均压降、电源网络的电源压降、地网络的地压降、供电网络的电压波动、平面电流密度和过孔的电流密度中的一个或多个；所述评估指标和阈值用于构建多个可靠性评估规则，所述多个可靠性评估规则用于基于所述设计需求选取不同的可靠性评估规则构建可靠性评估规则组合，所述可靠性评估规则组合用于对集成电路电源供电系统的可靠性进行评估；S3、当可靠性评估规则组合中任一可靠性评估规则不满足时，则判定集成电路电源供电系统为不可靠，否则判定可靠。2.根据权利要求1所述的一种评估集成电路电源供电系统可靠性的方法，其特征在于，所述负载的最坏压降定义为VRM正极管脚的电压最大值减SINK正极管脚的电压最小值的差值，负载的平均压降定义为VRM正极管脚的电压平均值减SINK正极管脚的电压平均值的差值，电源网络的电源压降定义为VRM的输出电压减电源网络平面的最低电压的差值，地网络的地压降定义为地网络平面的最高电压减地网络平面的最低电压的差值，供电网络的电压波动定义为电源网络压降的绝对值加上地网络压降的绝对值。3.根据权利要求2所述的一种评估集成电路电源供电系统可靠性的方法，其特征在于，所述采用有限元法计算集成电路电源供电网络中的电压分布，基于电压分布计算评估指标包括：不同供电方式对应的直流压降计算模型中，将集成电路三维电场模型简化为多层二维电场模型，多层二维电场模型的各层集成电路版图进行网格剖分；对所述多层二维电场模型形成的微分方程对应的泛函在网格剖分单元上进行离散，取极值并令极值为零得到有限元刚度矩阵方程组，对所述有限元刚度矩阵方程组进行求解，得到集成电路电源供电网络的电压分布；基于电压分布，分别找出VRM正极管脚在电源网络对应的位置和SINK正极管脚在地网络对应的位置，该位置的电压即为VRM正极管脚的电压和SINK正极管脚的电压；电源平面的最低电压为有限元法获得的电压分布在电源平面上的最小值；地网络平面的最高电压为有限元法获得的电压分布在地网络平面上的最大值；地网络平面的最低电压为有限元法获得的电压分布在地网络平面上的最小值；基于电压分布，计算平面电流密度的分布和过孔的电流密度：式中，为平面所在导体的电导率，为平面电源或地网络平面任意点的坐标，为有限元法获得的电压分布，为梯度运算符；过孔的电流密度由有限元法获得的电压分布根据下式计算获得：
式中，为第个过孔的电流密度，为第个过孔top层所在位置的电压，为第个过孔bottom层所在位置的电压，为第个过孔的电阻，为第个过孔的截面积。4.根据权利要求2所述的一种评估集成电路电源供电系统可靠性的方法，其特征在于，所述多个可靠性评估规则包括：规则1：用于评估SINK的电压是否达标，其定义为：计算的负载的最坏压降低于负载的最坏压降的阈值；规则2：用于评估SINK的电压是否达标，其定义为：计算的负载的平均压降低于负载的平均压降的阈值；规则3：用于评估集成电路供电系统的电源平面是否达标，其定义为：计算的电源网络的电源压降低于电源网络的电源压降的阈值；规则4：用于评估集成电路供电系统的地网络平面是否达标，其定义为：计算的地网络的地压降低于地网络的地压降的阈值；规则5：用于评估集成电路电源供电网络是否达标，其定义为：计算的供电网络的电压波动低于供电网络的电压波动的阈值，计算的供电网络任意位置的平面电流密度大小低于平面电流密度的阈值，计算的任一过孔的电流密度大小低于过孔的电流密度的阈值。5.根据权利要求4所述的一种评估集成电路电源供电系统可靠性的方法，其特征在于，所述多个可靠性评估规则用于基于所述设计需求选取不同的可靠性评估规则构建可靠性评估规则组合包括：所述设计需求包括保守设计、余量设计和经济设计中的任一一个；当设计需求为保守设计或余量设计，所述可靠性评估规则组合包括规则1、规则3、规则4和规则5；当设计需求为经济设计，所述可靠性评估规则组合包括规则2、规则3、规则4和规则5。6.一种评估集成电路电源供电系统可靠性的系统，其特征在于，包括直流压降计...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐章宏，
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：