专利名称：集成电路供电网络全参数模型下瞬态分析方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路设计领域，尤其是涉及一种集成电路供电网络全参数模型下瞬态分析方法及系统。
背景技术：
在超大规模集成电路中，各元器件正常工作的一个重要前提是其能得到正常的供电电压。而实际上，随着集成电路工艺尺寸的不断降低，平面工艺设计下的集成电路供电系统的网络阻抗越来越大，供电系统的金属走线上的电压降已经变得不可忽略，即元器件上得到的实际供电电压小于外部对集成电路供电的电源电压。如果供电网络上的电压降过大，就可能使元器件上得到的供电电压过低，导致元器件的时延增加，尤其是在芯片供电网络的全参数模型(包括电阻、电容和电感效应)下，供电系统的瞬态噪声将愈发严重，这将影响芯片的实际工作性能，严重时还会引起逻辑错误以至于芯片失效。随着集成电路设计与工艺制造能力的不断发展，供电网络的设计面临着越来越严峻的挑战，这主要体现在:一、芯片制造工艺尺寸不断降低，集成度越来越高，也即是芯片功率密度越来越大，对供电系统的能力提出了越来越高的要求；二、由于低功耗设计和散热方面的设计考虑，芯片供电电压越来越低，使得供电电压降阈值越来越低；三、由于晶体管的工作电压不断降低，使得其噪声容限变得越来越低，对供电电压降的波动更加敏感；四、随着集成电路的特征尺寸的降低，供电系统的金属走线也越来越窄，进而使得单位长度上的电阻电容等寄生效应更加显著；五、芯片的工作频率愈来愈高，以及工作电流的增加，使得供电网络的瞬态噪声愈发显著。因此，供电网络的性能已经成为集成电路设计与优化的一个重要瓶颈，日益受到学术界和工业界的重视。高效、精确的供电网络的分析方法，对供电网络的设计与优化有着重要的意义。在供电网络的设计过程中，供电网络的仿真可以尽早地发现潜在的问题并进行调整，避免在设计后期再调整时带来很大的设计成本。而目前供电网络的优化流程一般都是迭代地进行的，即在当前设计的基础上根据仿真分析的结果进行调整，得到下一步的设计，重复这样的流程直到得到一个合理的设计效果，这样重复地进行仿真分析往往是优化过程中比较耗时的部分。尤其是对于全参数的供电网络模型，在考虑到了动态元件(电容和电感)之后，则必须通过时域离散差分方式的仿真才能够得到电路实际工作时的瞬态噪声，也就是说，必须对足够的时钟周期内的不同工作模式下进行实际模拟，才能够在一定程度上反映出供电网络在芯片实际工作时的性能，而对于每个仿真周期可能就需要在数千个时间点上进行仿真，因此，整个瞬态仿真将会非常耗时。目前广泛使用的供电网络的拓扑结构是一个网格状的拓扑结构，供电网络的静态仿真分析是针对一个纯电阻网络模型，采用经典的节点分析方法，建立一个大规模的线性方程组，通过求解这个线性方程组即可得到所有节点的电压值，从而可以进一步分析各节点的电压降以及检查电流密度等。供电网络的瞬态分析通常是针对包含电阻、电容和电感的全参数模型，将储能元件电容和电感进行离散化，离散化后的电容和电感元件都可以等效为一个常数电阻并联一个电流源，电流源的大小可以根据上一个时间点的仿真结果得至IJ，通过求解每个时间点上的电路节点电压响应，即可得到供电网络节点电压的动态变化，因此供电网络的瞬态仿真相当于是需要求解一系列的线性方程组。而包括电阻、电容和电感的全参数模型形成的动态系统将更加复杂。因此，工业界亟需一种更高精度、更快收敛速度而且更加稳定的解决方案来对该复杂系统进行高效的瞬态分析。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是需要提供一种能够快速精确，减少内存消耗的集成电路供电网络全参数模型下瞬态分析方法及系统。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种集成电路供电网络全参数模型下瞬态分析方法，包括:确定步骤，确定待分析的集成电路供电网络的全参数模型信息；建立步骤，基于所述全参数模型信息建立包含多个独立子电路的供电网络拓扑图；分析步骤，对所述供电网络拓扑图中的各个子电路并行进行直流工作点分析和瞬态分析得到各个子电路在各个时刻的电路节点电压分布。在一个实施例中，通过对待分析的集成电路供电网络的SPICE网表进行扫描来确定该集成电路供电网络的全参数模型信息；基于所述全参数模型信息建立电路元件与电路节点之间的邻接表关系，然后利用所述邻接表关系构建包含多个独立子电路的供电网络拓扑图。在一个实施例中，在确定该集成电路供电网络的网络模型信息的步骤中，进一步将网络模型信息中供电源模型的所有电压源转换成电流源；识别网络模型信息中复合吸纳电流源模型的电流方向。在一个实施例中，在利用所述邻接表关系构建包含多个独立子电路的供电网络拓扑图的步骤中，进一步包括:步骤21，采用并查集将所述邻接表关系中设定属性的电路节点进行等效，所述设定属性的电路节点包括短路或通孔电阻小于设定值的电路节点；步骤22，将每个等效后的电路节点所代表的原电路节点上挂载的吸纳电流源进行合并；步骤23，将执行所述步骤22后的每个等效后的电路节点与未被忽略的电阻建立成连接拓扑图；步骤24，采用深度优先搜索算法识别出所述连接拓扑图中无电气连接关系的各个独立子电路，以得到供电网络拓扑图。在一个实施例中，在所述分析步骤中，进一步包括:步骤31，对于所述供电网络拓扑图中的各个子电路，在第O时刻，对该子电路进行直流工作点分析；步骤32，在第I时刻，采用欧拉离散差分法构建关于该子电路的RLC模型下的瞬态分析矩阵以及右端项，然后求解得到该子电路的第I时刻的电路节点电压分布；步骤33，在其他时刻，采用梯形离散差分法构建关于该子电路的RLC模型下的各个时刻的瞬态分析矩阵以及右端项，然后求解得到该子电路的在各个时刻的电路节点电压分布。在一个实施例中，在所述步骤31中，进一步包括:忽略该子电路中所有的储能元件，构建关于该子电路的静态分析矩阵以及右端项；利用迭代求解器求解得到该子电路在第O时刻的电路节点电压分布，优选利用AMGPCG求解器。在一个实施例中，在所述步骤32中，利用以下表达式来表示采用欧拉离散差分法构建关于该子电路的RLC模型下的瞬态分析矩阵以及右端项，^G + j+jyi)(t + h) = jYn(t) + 4h{t + h)-Afil{t)其中，η是供电网络的电路节点数目，vn(t)和vn(t+h)分别是第t时刻和第t+h时亥1J电路节点电压向量， χ( )是第t时刻流过电感支路的电流向量，Ii (t+h)是第t+h时刻
吸纳电流源向量，并且G = 乂G弋C = AtcCAc L = AfL A1其中G是对角矩阵，其对角
线元素是RLC模型中每个电阻的电导值，C也是对角矩阵，其对角线元素是RLC模型中每个电容的电容值，L也是对角矩阵，其对角线元素是RLC模型中每个电感的电感值，而Ag，Ac,^和化是描述每个元件连接关系的拓扑矩阵，其每行最多有两个非零元，其下标g，c，I和i分别表示连接到电阻、电容、电感和独立电流源的支路；利用迭代求解器求解得到第I时刻的电路节点电压分布，优选利用AMGPCG求解器。在一个实施例中，在所述步骤33中，利用以下表达式来表示采用梯形离散差分法构建关于该子电路的RLC模型下的各个时刻的瞬态分析矩阵以及右端项，( +—C + —+ h)= -< +—C-— vn (/) + 47 ( (^+ ^) + ^(0)-2^ i/(0其中，vn(t)和vn(t+h)分别是第t时刻和第t+h时刻电路节点电压向量,Ii1 (t)是第t时刻流过电感支路的电流向量，Ii (t)和ijt+h)分别是第t时刻和第t+h时刻吸纳电
流源向量，并且Ο =』#名，(:=為％4，L = AfL為，其中G是对角矩阵，其对角线元素是
`RLC模型中每个电阻的电导值，C也是对角矩阵，其对角线元素是RLC模型中每个电容的电容值，L也是对角矩阵,其对角线元素是RLC模型中每个电感的电感值,而Ag，Ac, A1和Ai是描述每个元件连接关系的拓扑矩阵，其每行最多有两个非零元，其下标g，C，I和i分别表示连接到电阻、电容、电感和独立电流源的支路；利用直接求解器求解得到每个时刻电路节点电压分布，优选利用Cholmod求解器。根据本发明另一方面，还提供了一种集成电路供电网络全参数模型下瞬态分析系统，包括:全参数模型信息确定模块，其确定待分析的集成电路供电网络的全参数模型信息；网络拓扑图建立模块，其基于所述全参数模型信息建立包含多个独立子电路的供电网络拓扑图；分析模块，其对所述供电网络拓扑图中的各个子电路并行进行直流工作点分析和瞬态分析得到各个子电路在各个时刻的电路节点电压分布。在一个实施例中，通过对待分析的集成电路供电网络的SPICE网表进行扫描来确定该集成电路供电网络的全参数模型信息；基于所述全参数模型信息建立电路元件与电路节点之间的邻接表关系，然后利用所述邻接表关系构建包含多个独立子电路的供电网络拓扑图。在一个实施例中，在所述分析模块中，进一步包括:直流工作点分析单元,其对于所述供电网络拓扑图中的各个子电路，在第O时刻，对该子电路进行直流工作点分析；瞬态分析单元，其在第I时刻，采用欧拉离散差分法构建关于该子电路的RLC模型下的瞬态分析矩阵以及右端项，然后求解得到该子电路的第I时刻的电路节点电压分布，以及，在其他时亥IJ，采用梯形离散差分法构建关于该子电路的RLC模型下的各个时刻的瞬态分析矩阵以及右端项，然后求解得到该子电路的在各个时刻的电路节点电压分布。与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点:对于全参数的电路模型，本发明建立了可以采用对称矩阵求解器的线性系统，根据问题求解的特点，混合采用了直接求解器和迭代求解器。本发明可以对例如SPICE网表格式全参数模型下的供电网络进行快速精确的瞬态电压降分析，尤其是在内存消耗方面，相比以往的仿真器有着很大程度的提高。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中:图1根据本发明第一实施例的集成电路供电网络全参数模型下瞬态分析方法的流程示意图；图2是全参数RLC模型下的供电网络模型示意图； 图3是供电电压源模型示意图；图4是作为供电网负载的吸纳电流源模型示意图；图5是瞬态仿真在时间轴上每个时刻的依赖性示意图；图6是基于多线程的并行化瞬态仿真示意图；图7 (a)和图7 (b)分别是利用图1所示的方法对ibmpglt实例进行瞬态仿真后其中一个电路节点nl_18333_5432的电压波形图和电压误差曲线图；图8是根据本发明第二实施例的集成电路供电网络全参数模型下瞬态分析系统的结构示意图。
具体实施例方式以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。第一实施例本实施例的目的在于提出一种比该领域中其他方法更稳定、高效，且占用内存更少的全参数模型下供电网络瞬态分析方法，也就是在满足用户指定的求解精度情况下，以尽量少的运行时间、尽量少的内存消耗来完成对指定SPICE网表格式的供电网络节点电压降的瞬态分析。为达到上述目的，本实施例提出的全参数模型下供电网络瞬态分析方法的流程图，具体如图1所示。步骤SllO (以下省略“步骤”二字)确定待分析的集成电路供电网络的全参数模型信息。在本实施例中，优选地，通过对待分析的集成电路供电网络的SPICE网表进行扫描来确定该集成电路供电网络的全参数模型信息。当然，并不限定SPICE格式，只要能够将待分析的电路的信息进行完整描述，那么其他格式，例如DEF/SPEF/DSPF文件格式也可以。通过两次扫描SPICE网表得到关于供电网络的信息，第一次扫描统计出该供电网络中电阻的数目和金属走线层数，然后基于统计结果建立哈希表。在第二次读入网表时从得到的哈希表中快速查询已经存储的电路节点。需要说明的是，SPICE格式是一种工业界应用于描述电路元器件及其拓扑关系的标准格式。对于全参数的供 电网络瞬态分析，其电路模型包含金属走线的电阻、供电电压源模型以及作为供电网络负载的吸纳电流源模型，电路输出是供电网络中各个电路节点每一时刻的电压值。如图2所示，其为一全参数的供电网络模型。片上金属走线被建模为集总电阻，其电感效应很小而被忽略(图中未不出)；供电源被建模为标准电压源与一个封装电阻和封装电感串联的复合模型；作为负载的芯片工作单元被建模为一个复合的吸纳电流源模型，其包括描述工作单元开启的电流源以及单元内部的电容效应和描述电阻效应的内部电阻。具体来说，如图3所示为一个典型的供电电压源模型，其考虑到了由芯片封装而引起的电学效应，封装效应被建模成了一个集总电感L和一个集总电阻r，因此使用到的供电源模型就是由一个标准的电压源Vdd与封装电感L和封装电阻r串联而成。为了便于形
成仿真矩阵，需要对其进行变换，首先将封装电阻r分为两个阻值为I的电阻串联，然后将封装电感L放在两电阻之间，通过诺顿电路等效定理，并给定电导纟=-电压源Vdd与其相
V
邻的电阻i串联可以等效为一个电流源2g Wdd与电阻2g并联，这样就把电路中的所有电压源转换成了电流源。如图4所示为一个典型的复合吸纳电流源模型，实际上是在对作为负载的芯片单元进行仿真时，采用的一个复合的电路模型来描述其电学响应。其包括一个等效电阻R_iv与一个等效电容C_iv进行串联之后再与一个等效的电流源Is进行并联，然后接入供电网络中。而对于实际接入供电网络中的VDD线网和GND线网来说，这个模型中等效电阻R_iv与等效电容C_iv的顺序不同，但是这并不影响其电路响应，因此在实际仿真中只需要正确识别电流Is的方向即可。步骤S120，基于全参数模型建立包含多个独立子电路的供电网络拓扑图。具体地，基于全参数模型信息建立电路元件与电路节点之间的邻接表关系，然后利用邻接表关系构建包含多个独立子电路的供电网络拓扑图。在利用邻接表关系构建包含多个独立子电路的供电网络拓扑图的步骤中，首先处理电路中的诸如节点短路或者是通孔电阻过小的情况，采用并查集的技术将上述节点进行等效，然后将每个等效后的节点所代表的原始节点上挂载的吸纳电流源进行合并，再将经上述处理的等效后的节点与未被忽略的电阻建立成连接拓扑图。由于供电网络中存在着互相独立而没有电气连接关系的若干子电路，因此可以采用深度优先搜索的方法识别出该图中的所有连通分支，并将识别出的连通分支作为独立子电路的连接拓扑图，利用此属性可并行地对每个子电路进行直流工作点分析以及瞬态分析。步骤S130，对供电网络拓扑图中的各个子电路并行进行直流工作点分析和瞬态分析得到各个子电路在每个时刻的电路节点电压分布。具体来说，在第O时刻，对各个子电路进行直流工作点分析。进一步对于t = O时刻的直流工作点分析，可以将所有的储能元件忽略，也即是将电感短路，电容开路，然后建立静态分析矩阵方程和右端项GV = I，其中G是电导矩阵，V是待求的电路节点电压向量，I是吸纳电流源负载向量，求解此矩阵方程得到初始时刻t = O时电路节点的电压分布。在第I时刻，采用欧拉离散差分法构建关于该子电路的RLC模型下的瞬态分析矩阵以及右端项，然后求解得到各个子电路的第I时刻的电路节点电压分布。在其他时刻，采用梯形离散差分法构建关于该子电路图的RLC模型下的各个时刻的瞬态分析矩阵以及右端项，然后求解得到各个子电路图的在各个时刻的电路节点电压分布。需要说明的是，对于第一步的瞬态分析，即t = I时刻的瞬态分析，由于其前面只有一个时间点t = O时刻的分析结果可使用，因此必须采用Euler差分方式进行离散化，建立RLC模型下的瞬态矩阵方程和右端项，求解得到第一步的瞬态分析t = I时刻的电路节点的电压分布。而后t = 2时刻以及其他的时间点，由于其前面已经有两个时间点(t_2)时刻和(t-1)时刻的分析结果可 以使用，因此采用了更高精度的梯形差分方式进行离散化，建立RLC模型下的瞬态矩阵方程和右端项，求解得到t = 2时刻以及剩余时间点瞬态仿真的电路节点的电压分布。下面详细说明如何来建立瞬态分析方程(瞬态矩阵方程和右端项)。供电网络的瞬态分析指的是在给定随时间变化的电流负载情况下，求出供电网络电路节点上随时间变化的电压波形。全参数RLC模型下供电网络的瞬态分析，实质上是去求解一个大规模的常微分方程，实际中需要对其在时间域上进行离散化，然后求解一系列的差分代数方程。瞬态分析面临的最大问题在于，时域上离散差分后会形成一系列的大规模代数方程需要求解，需要非常长的仿真周期。对于一个含有η个电路节点的RLC模型的供电网络，采用基于KCL定律和KVL定律的节点分析方法(ΜΝΑ)，在只保留流过电感支路的电流变量时，该系统可被形式化为
(dvA
Γ ( G Af)fvn)JC 0)1 f4rUT.+ n I r = n
V 4 ^ /V1Z / L J <hj_ V 0 y
、dt J其中，n是供电网络的电路节点数目，vn是待求的电路节点电压向量，I1是流过电感支路的电流向量，Ii是吸纳电流源向量，并且G = Ατβ Ag, C = AtcO Ac , L = A1L A1,其
中G是对角矩阵，其对角线元素是RLC模型中每个电阻的电导值，C也是对角矩阵，其对角线元素是RLC模型中每个电容的电容值，L也是对角矩阵，其对角线元素是RLC模型中每个电感的电感值，而Ag，Ac, A1和Ai是描述每个元件连接关系的拓扑矩阵，其每行只有两个非零元(对于接地的元件，只有一个非零元)，其下标g，C，I和i分别表示连接到电阻、电容、电感和独立电流源的支路。上述微分方程经过离散差分之后形成一系列矩阵形式的代数方程，在数值领域中已经发展出许多种解法，主要分为两大类:直接求解器和迭代求解器。由于直接求解器是对矩阵进行分解，然后通过回代求的数值结果，而对于瞬态仿真来说，一旦仿真矩阵形成之后，只需一次矩阵分解，后续的每一时刻的分析就可以通过回代的形式来得到结果，因此对于瞬态分析来说，直接求解器更容易受到青睐。对于上述微分方程形式化后的代数矩阵方程，主流的求解方法是对其系数矩阵进行LU分解，同时衍生出一些列基于重排序技术来减少矩阵分解时的非零元填入，以降低求解器的内存消耗，但是对于大规模的供电网络瞬态分析来说，其节点数目可达到数百万甚至数亿，对其进行瞬态分析时消耗的内存急剧增长。而本实施例通过以下分析方法，极大地降低了瞬态分析的内存消耗，同时也提高了求解的效率。注意到上述微分方程离散差分后的代数矩阵方程具有稀疏、正定但非对称的特点，如果采用直接求解方法则必须对电导矩阵进行LU分解，形成两个矩阵分解因子L和U，其对内存的需求非常高。本实施例基于此，将上述微分方程重新形式化，然后进行离散差分形成的代数矩阵方程具有稀疏、正定且对称的特点，此时便可优选采用高效的乔莱斯基分解求解器Cholmod (关于该求解器的具体内容，详见网址http://www.cise.ufl.edu/research/sparse/cholmod 中的〈〈CH0LM0D: supernodal sparse Cholesky factorizationand update/downdate》),其只需分解得到一个矩阵因子L,极大地节省了求解器的内存，同时也提高了矩阵分解的效率。注意到上述微分方程正是由于引入了额外电感支路的电流变量才导致了形成的代数矩阵方程的非对称化，这里通过重新形式化将其消去。首先，对上述微分方程采用离散差分，采用欧拉方式或者梯形方式皆可，为了便于描述，这里暂时采用欧拉差分方式。对于上述微分方程，给定离散步长h，则t时刻与(t+h)时刻的电流电压关系可以描述为如下矩阵方程
权利要求
1.一种集成电路供电网络全参数模型下瞬态分析方法，其特征在于，包括: 确定步骤，确定待分析的集成电路供电网络的全参数模型信息； 建立步骤，基于所述全参数模型信息建立包含多个独立子电路的供电网络拓扑图； 分析步骤，对所述供电网络拓扑图中的各个子电路并行进行直流工作点分析和瞬态分析得到各个子电路在各个时刻的电路节点电压分布。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 通过对待分析的集成电路供电网络的SPICE网表进行扫描来确定该集成电路供电网络的全参数模型信息； 基于所述全参数模型信息建立电路元件与电路节点之间的邻接表关系，然后利用所述邻接表关系构建包含多个独立子电路的供电网络拓扑图。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在确定该集成电路供电网络的网络模型信息的步骤中，进一步 将网络模型信息中供电源模型的所有电压源转换成电流源； 识别网络模型信息中复合吸纳电流源模型的电流方向。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在利用所述邻接表关系构建包含多个独立子电路的供电网络拓扑图的步骤中，进一步包括: 步骤21，采用并查集将所述邻接表关系中设定属性的电路节点进行等效，所述设定属性的电路节点包括短路或通孔电阻小于设定值的电路节点； 步骤22，将每个等效后的电路节点所代表的原电路节点上挂载的吸纳电流源进行合并； 步骤23，将执行所述步骤22后的每个等效后的电路节点与未被忽略的电阻建立成连接拓扑图； 步骤24，采用深度优先搜索算法识别出所述连接拓扑图中无电气连接关系的各个独立子电路，以得到供电网络拓扑图。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在所述分析步骤中，进一步包括: 步骤31，对于所述供电网络拓扑图中的各个子电路，在第O时刻，对该子电路进行直流工作点分析； 步骤32，在第I时刻，采用欧拉离散差分法构建关于该子电路的RLC模型下的瞬态分析矩阵以及右端项，然后求解得到该子电路的第I时刻的电路节点电压分布； 步骤33，在其他时刻，采用梯形离散差分法构建关于该子电路的RLC模型下的各个时刻的瞬态分析矩阵以及右端项，然后求解得到该子电路的在各个时刻的电路节点电压分布。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述步骤31中，进一步包括: 忽略该子电路中所有的储能元件，构建关于该子电路的静态分析矩阵以及右端项； 利用迭代求解器求解得到该子电路在第O时刻的电路节点电压分布，优选利用AMGPCG求解器。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述步骤32中，利用以下表达式来表示采用欧拉离散差分法构建关于该子电路的RLC模型下的瞬态分析矩阵以及右端项，G+l+i)v"(/+A)=_fv"(iXi,(i+A)—為O) 其中，η是供电网络的电路节点数目，vn(t)和vn(t+h)分别是第t时刻和第t+h时刻电路节点电压向量，I1 (t)是第t时刻流过电感支路的电流向量，Ii (t+h)是第t+h时刻吸纳电流源向量，并且6 == 4，i = 4rL 其中G是对角矩阵，其对角线元素是RLC模型中每个电阻的电导值，C也是对角矩阵，其对角线元素是RLC模型中每个电容的电容值，L也是对角矩阵，其对角线元素是RLC模型中每个电感的电感值，而Ag，Ac, A1和Ai是描述每个元件连接关系的拓扑矩阵，其每行最多有两个非零元，其下标g，c，I和i分别表示连接到电阻、电容、电感和独立电流源的支路； 利用迭代求解器求解得到第I时刻的电路节点电压分布，优选利用AMGPCG求解器。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述步骤33中，利用以下表达式来表示采用梯形离散差分法构建关于该子电路的RLC模型下的各个时刻的瞬态分析矩阵以及右端项，G +—C+—jvn(i + h)= -G+—C-— v (/) + Af (i, (t + h) + i, (/)) - 2 Af i, (/) 其中，vn⑴和vn(t+h)分别是第t时刻和第t+h时刻电路节点电压向量，I1 (t)是第t时刻流过电感支路的电流向量，ii(t)和ii(t+h)分别是第t时刻和第t+h时刻吸纳电流源向量，并且G = 4G尖C = A1cCA Z = I 4，其中G是对角矩阵，其对角线元素是RLC模型中每个电阻的电导值，C也是对角矩阵，其对角线元素是RLC模型中每个电容的电容值，L也是对角矩阵，其对角线元素 是RLC模型中每个电感的电感值，而Ag，Ac, A1和Ai是描述每个元件连接关系的拓扑矩阵，其每行最多有两个非零元，其下标g，c，I和i分别表示连接到电阻、电容、电感和独立电流源的支路； 利用直接求解器求解得到每个时刻电路节点电压分布，优选利用Cholmod求解器。
9.一种集成电路供电网络全参数模型下瞬态分析系统，其特征在于，包括: 全参数模型信息确定模块，其确定待分析的集成电路供电网络的全参数模型信息； 网络拓扑图建立模块，其基于所述全参数模型信息建立包含多个独立子电路的供电网络拓扑图； 分析模块，其对所述供电网络拓扑图中的各个子电路并行进行直流工作点分析和瞬态分析得到各个子电路在各个时刻的电路节点电压分布。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于， 通过对待分析的集成电路供电网络的SPICE网表进行扫描来确定该集成电路供电网络的全参数模型信息； 基于所述全参数模型信息建立电路元件与电路节点之间的邻接表关系，然后利用所述邻接表关系构建包含多个独立子电路的供电网络拓扑图。
11.根据权利要求9或10所述的系统，其特征在于，在所述分析模块中，进一步包括: 直流工作点分析单元，其对于所述供电网络拓扑图中的各个子电路，在第O时刻，对该子电路进行直流工作点分析；瞬态分析单元，其在第I时刻，采用欧拉离散差分法构建关于该子电路的RLC模型下的瞬态分析矩阵以及右端项，然后求解得到该子电路的第I时刻的电路节点电压分布，以及，在其他时刻，采用梯形离散差分法构建关于该子电路的RLC模型下的各个时刻的瞬态分析矩阵以及右端项，然后 求解得到该子电路的在各个时刻的电路节点电压分布。
全文摘要
本发明公开了一种集成电路供电网络全参数模型下瞬态分析方法，包括确定步骤，确定待分析的集成电路供电网络的全参数模型信息；建立步骤，基于所述全参数模型信息建立包含多个独立子电路的供电网络拓扑图；分析步骤，对所述供电网络拓扑图中的各个子电路并行进行直流工作点分析和瞬态分析得到各个子电路在各个时刻的电路节点电压分布。对于全参数的电路模型，本发明建立了可以采用对称矩阵求解器的线性系统，根据问题求解的特点，混合采用了直接求解器和迭代求解器。本发明可以对例如SPICE网表格式全参数模型下的供电网络进行快速精确的瞬态电压降分析，尤其是在内存消耗方面，相比以往的仿真器有着很大程度的提高。
文档编号G06F17/50GK103207941SQ201310152859
公开日2013年7月17日 申请日期2013年4月27日 优先权日2013年4月27日
发明者蔡懿慈, 周强, 杨建磊 申请人:清华大学