集成电路层次式热驱动布图布局算法研究

摘要

本文针对芯片布图中存在的运行效率问题和亟待解决的热优化问题，层次式的设计思想和分而治之的优化策略，做了如下创新性的工作： 针对二维布图规划问题热优化过程影响算法效率的问题，本研究在层次化的布图方法中引入了功率密度的聚类，保证芯片热分布全局最优。在局部布图中建立层次化的热模型，为保证局部最优，在模拟退火布局过程中，结合了简单的解析热模型来计算边界热点，以指导边界模块的移动，避免产生边界热点。试验结果表明，由于对温度实现了很好的控制，从而使芯片热点分布数量大大减少。同最新的热驱动布图工具Hotspot Floorplan进行比较，本文算法能在芯片峰值温度降低3％的情况下，计算速度提高约300倍。 针对三维布图规划中存在的解空间规模大问题，提出了层次式的三维布图规划算法。算法采用芯片层划分和后续布图规划的二阶段法，有效的缩小了原问题的搜索空间；在布图规划过程中，通过逼近理想的功耗分布实现温度优化的目标，大大提高了算法的运行效率。同时，针对之前的三维芯片热驱动算法未考虑高密度模块垂直叠加而产生的局部高温的问题，在计算功率约束图时，不仅仅考虑水平方向的热影响同时也考虑垂直方向的热影响。试验表明, 通过在三维集成电路上使水平和垂直区域的功率密度都达到均衡分布，最终获得了较低的芯片最高温度。与没有考虑垂直方向的功率密度堆积的算法相比，能够再次平均将最高温度降低大约7％。 本文面向纳米级下芯片结构设计出现的新的布图问题，具有很强的针对性。同时也展开多角度提高算法求解质量的研究，可以作为其他算法的借鉴。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1集成电路发展趋势

1.2三维集成电路的出现

1.3集成电路发展对于EDA技术的挑战

1.4论文各部分的主要内容及成果

第2章VLSI物理设计和VLSI布局问题

2.1 VLSI物理设计

2.2布局问题描述

2.3常用布局算法简介

2.3.1初始布局

2.3.2基于单元交换的布局算法

2.3.3基于数学规划的布局算法

2.3.4基于随机优化的布局算法

2.4本章小结

第3章几种常用的热模型及其计算

3.1常用热模型

3.1.1热传导方程

3.1.2数值热模型

3.1.3解析热模型

3.2热模型的计算

3.2.1数值热模型的计算

3.2.2解析热模型的计算

3.3本章小结

第4章层次式热驱动的二维芯片布图布局算法

4.1层次式布图布局方法

4.1.1二维集成电路中层次式方法

4.1.2三维集成电路中层次式方法

4.2热驱动布图布局算法

4.3二维芯片层次式热驱动布图布局算法

4.3.1算法思想

4.3.2全局热点计算

4.3.3边界热点计算

4.3.4热模型

4.3.5聚类布局

4.3.6试验结果

4.4本章小结

第5章 层次式热驱动的三维芯片布图布局算法

5.1前期热驱动的三维芯片布局工作回顾

5.2三维芯片层次式热驱动布图布局算法

5.2.1算法思想

5.2.2功率分布约束图的计算

5.2.3常用划分方法

5.2.4本文采用的简单划分方法

5.2.5算法流程

5.2.6试验结果

5.3本章小结

第6章 总结全文并对后续工作进行展望

6.1全文工作总结

6.2未来工作展望

6.2.1更高效和准确的热模型

6.2.2三维布图规划的确定性算法

6.2.3新的三维芯片混合模式布局流程

6.2.4结合其他设计阶段的性能优化

参考文献

致 谢

攻读硕士期间发表的论文