基于三维重聚的三维现场可编程门阵列的分层设计方法技术

本发明专利技术提出一种基于三维重聚的三维现场可编程门阵列的分层设计方法，包括以下步骤：根据期望映射到三维现场可编程门阵列上的目标电路所包括的多个功能模块建立超图；对超图进行分析以获取超图中的重聚信息；根据重聚信息得到超图中的超边划分时对应的权重；根据权重将超图划分为多个层；将划分后的超图中的多个功能模块分别对应地布置到三维现场可编程门阵列的多个层中。本发明专利技术实例的基于三维重聚的三维现场可编程门阵列的分层设计方法，具有高效、可靠的优点，能够优化分层及布局的流程，并且改善分层及优化结果的线长和时延，且该方法实现简单、可移植性高。本发明专利技术还提供了一种基于三维重聚的三维现场可编程门阵列的分层设计系统。

【技术实现步骤摘要】
基于三维重聚的三维现场可编程门阵列的分层设计方法
本专利技术涉及集成电路计算机辅助设计
，特别涉及一种基于三维重聚的三维现场可编程门阵列的分层设计方法及系统。
技术介绍
目前，由于晶体管的尺寸已很难再减小，因此电路的集成度很难再通过传统的方法进一步得到提高。人们开始通过其它途径来解决这一问题。随着芯片设计需求的提高与制造工艺的发展，为了进一步降低互连线延迟，提高芯片集成度和性能，“三维芯片”的设计技术应时而生，并逐步成为集成电路设计领域的研究热点。作为一类特殊的芯片，FPGA（FieldProgrammableGateArray，现场可编程门阵列）也向着三维的方向快速发展。3DFPGA（ThreeDimensionalField-ProgrammableGateArray，三维现场可编程门阵列）芯片设计是将多层传统的2DFPGA芯片集成到同一个芯片中，形成一种多个二维芯片的垂直叠放结构。在这种结构中，不同层芯片间仍保持着联系，而这种联系是通过TSV（Through-Si-Via，硅穿孔）来实现的。作为一个具体的例子，如图1所示，为一种3DFPGA芯片的结构。图1a显示的是传统2DFPGA芯片的结构，其中包括了CLB（Configurable-Logic-Block，可配置逻辑模块）以及用于实现CLB之间互联的CB（Connection-Box，连接组件）和SB（Switching-Bo，开关组件）。图1b显示了3DFPGA芯片的结构，即多片2DFPGA的堆叠。为了实现不同层之间CLB的互联，部分传统的SB被扩展到三维空间，即3D-SB。每个3D-SB中都有固定数目的TSV，用于不同层间信号的传播。然而，无论是对于传统的2DFPGA芯片还是3DFPGA芯片，在设计流程中，布局和布线都是极其重要的两步。布局决定要用到哪些CLB，而布线决定要用到哪些CB和SB。但是与二维芯片不同的是，对于三维芯片来说，除了布局布线，设计流程中还包括另一个重要步骤：分层。由于三维芯片是由多层二维芯片堆叠而成的，在其设计中需要解决各功能模块应当被分配到哪层的问题，而分层就是解决这一问题的过程。目前3DFPGA设计领域绝大部分分层的算法都是基于最小割的，即尽量减少不同层之间的联系。减少了不同层间的联系也就意味着减少了FPGA芯片中TSV的使用量。但是对于3DFPGA芯片来说，相应的TSV数量是制造时已经固定的，因此简单的以减少TSV数量的分层方法有其局限性。首先，分层的过程与布局布线是密切联系的，好的分层结果使得之后的布局布线变得容易，差的结果使之变得困难，甚至无法得到合理的布局布线结果，而最小割并没有将分层与FPGA设计中的其它步骤联系起来，因此很难得到好的分层结果。其次，如图1b图所示，TSV在FPGA中是在设计前就已经确定的资源，即无论是TSV的数量还是其位置在设计前都是已知的，因此在设计时无论用没用到，TSV都存在于FPGA中。实际上，目前3DFPGA芯片中TSV的利用率还是很低的。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决上述技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种基于三维重聚的三维现场可编程门阵列的分层设计方法，该方法具有高效、可靠的优点，能够优化分层及布局的流程，并且改善分层及优化结果的线长和时延，且该方法实现简单、可移植性高。本专利技术的另一目的在于提供一种基于三维重聚的三维现场可编程门阵列的分层设计系统。为了实现上述目的，本专利技术第一方面的实施例提出了一种基于三维重聚的三维现场可编程门阵列的分层设计方法，包括以下步骤：根据期望映射到三维现场可编程门阵列上的目标电路所包括的多个功能模块建立超图；对所述超图进行分析以获取所述超图中的重聚信息；根据所述重聚信息得到所述超图中的超边划分时对应的权重；根据所述权重将所述超图划分为多个层；以及将划分后的超图中的多个功能模块分别对应地布置到所述三维现场可编程门阵列的多个层中。根据本专利技术实施例的基于三维重聚的三维现场可编程门阵列的分层设计方法，基于三维重聚，为期望映射到三维现场可编程门阵列上的目标电路建立超图，并对超图进行分析以获取超图中的重聚信息，再根据重聚信息计算得到超图中超边划分时对应的权重，并据此将超图划分为需要的多个层，最后将划分后的超图中包括的多个功能模块分别对应地分配到划分好的多个层中。因此，该方法能够为三维现场可编程门阵列提供更好的分层结果，以便于更好的布局，从而优化了分层及布局的流程，改善了分层及优化结果的线长和时延，因此，该方法具有高效、可靠的优点。另外，该方法实现简单，能够方便移植到各种面向三维现场可编程门阵列的分层设计工具中，因此，可移植性高。通过测试，本专利技术的方法能够更好地支持布局布线，具体例如：基于本专利技术的方法的分层结果进行的布局布线，对两层现场可编程门阵列能够带来7.06%的线长改善和4.86%的时延改善，对三层现场可编程门阵列能带来4.71%的线长改善和4.73%的时延改善。另外，根据本专利技术上述实施例的基于三维重聚的三维现场可编程门阵列的分层设计方法还可以具有如下附加的技术特征：在一些示例中，所述根据所述权重将所述超图划分为多个层，包括：根据分层算法将所述超图划分为多个层。在一些示例中，所述分层算法为RALP算法。在一些示例中，所述根据所述重聚信息得到所述超图中的超边划分时对应的权重，进一步包括：如果所述超图中的重聚子图从节点X到节点Y，以及经过划分将原重聚从中间切分形成两个小重聚，其中所述两个小重聚被切点T连接，即X节点到切点T以及切点T到Y节点，则计算所述超图的超边的划分收益CBRXYij为：其中，Eij为所述超图的中连接节点i和节点j的超边，RXY表示三维重聚，此三维重聚从节点X到节点Y，p表示RXY中的从节点X到节点Y的若干路径，l(p)为p的长度，lXT(p)表示p被划分后节点X到切点T的路径长度，lTY(p)表示p被划分后切点T到节点Y的路径长度。在一些示例中，所述根据所述重聚信息得到所述超图中的超边划分时对应的权重，还包括：计算所述超图中的每条边Ei的权值为：其中，Wi表示边Ei的权重，如果Ei不在任何三维重聚中，Ni为0，如果Ei位于若干三维重聚中，Ni表示Ei所位于三维重聚的数目。本专利技术第二方面的实施例提供了一种基于三维重聚的三维现场可编程门阵列分层设计系统，包括：超图建立模块，所述超图建立模块用于根据期望映射到三维现场可编程门阵列上的目标电路所包括的多个功能模块建立超图；重聚信息获取模块，所述重聚信息获取模块用于对所述超图进行分析以获取所述超图中的重聚信息；权重计算模块，所述权重计算模块用于根据所述重聚信息得到所述超图中的超边划分时对应的权重；分层模块，所述分层模块用于根据所述权重将所述超图划分为多个层；以及布局模块，所述布局模块用于将划分后的超图中的所述多个功能模块分别对应地布置到所述三维现场可编程门阵列的多个层中。根据本专利技术实施例的基于三维重聚的三维现场可编程门阵列的分层设计系统，基于三维重聚，为期望映射到三维现场可编程门阵列上的目标电路建立超图，并对超图进行分析以获取超图中的重聚信息，再根据重聚信息计算得到超图中超边划分时对应的权重，并据此将超图划分为需要的多个层，最后将划分后的超图所包括的多个功能模块分别对应地分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三维重聚的三维现场可编程门阵列的分层设计方法，其特征在于，包括以下步骤：根据期望映射到三维现场可编程门阵列上的目标电路所包括的多个功能模块建立超图；对所述超图进行分析以获取所述超图中的重聚信息；根据所述重聚信息得到所述超图中的超边划分时对应的权重；根据所述权重将所述超图划分为多个层；以及将划分后的超图中的多个功能模块分别对应地布置到所述三维现场可编程门阵列的多个层中。

【技术特征摘要】
1.一种基于三维重聚的三维现场可编程门阵列的分层设计方法，其特征在于，包括以下步骤：根据期望映射到三维现场可编程门阵列上的目标电路所包括的多个功能模块建立超图；对所述超图进行分析以获取所述超图中的重聚信息；根据所述重聚信息得到所述超图中的超边划分时对应的权重，具体包括：如果所述超图中的重聚子图从节点X到节点Y，以及经过划分将原重聚从中间切分形成两个小重聚，其中所述两个小重聚被切点T连接，即X节点到切点T以及切点T到Y节点，则计算所述超图的超边的划分收益为：其中，Eij为所述超图的中连接节点i和节点j的超边，RXY表示三维重聚，此三维重聚从节点X到节点Y，p表示RXY中的从节点X到节点Y的若干路径，l(p)为p的长度，lXT(p)表示p被划分后节点X到切点T的路径长度，lTY(p)表示p被划分后切点T到节点Y的路径长度，计算所述超图中的每条边Eij的权值为：其中，Wij表示边Eij的权重，且如果Eij不在任何三维重聚中，Nij为0，如果Eij位于若干三维重聚中，Nij表示Eij所位于的三维重聚的数目；根据所述权重将所述超图划分为多个层，具体包括：根据收敛感知层划分算法，通过递归调用通用的图划分工具将所述超图划分为多个层；以及将划分后的超图中的多个功能模块分别对应地布置到所述三维现场可编程门阵列的多个层中。2.一种基于三维重聚的三维现场可编程门阵列分层设计系统，其特征在于，包括：超图建立模块，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：马昱春，边计年，刘庆昱，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：