一种自动优化集成电路电源-地网络的方法和系统与流程

本技术涉及集成电路，具体涉及一种自动优化集成电路电源-地网络的方法和系统。

背景技术：

1、在超大规模集成电路中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。由于数以万计的电源与信号网络同时工作，需要多个相同或不同电压的电源供电系统（或电压调节模块，vrm）同时给整个集成电路封装系统供电。因此，非常有必要通过后期的仿真与诊断，首先检测设计的集成电路版图的多电源供电系统是否合格，对于有设计缺陷的集成电路版图，通过仿真的手段诊断出设计缺陷的位置，并采用系统的方法对设计的集成电路版图的多个电源供电系统进行优化。其中，每个电源供电系统的电源-地网络是优化的对象之一，当任一电源供电系统的电源-地网络存在sink电压不达标时即需要对该电源供电系统的电源-地网络进行优化。

2、经过发明人研究发现，sink电压不达标的可能的原因是由于sink的管脚分布不合理或vrm、sink间的直流电阻过大。因此如何自动判断电源-地网络的sink的管脚是否合理和vrm与sink间的直流电阻是否过大并基于判断结果进行优化处理使电源供电系统电源-地网络的sink电压达标是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、（一）申请目的

2、有鉴于此，本技术的目的在于提供一种自动优化集成电路电源-地网络的方法和系统，用于解决如何自动判断电源-地网络的sink的管脚是否合理和vrm与sink间的直流电阻是否过大并基于判断结果进行优化处理使电源供电系统电源-地网络的sink电压达标的技术问题。

3、（二）技术方案

4、本技术公开一种自动优化集成电路电源-地网络的方法，包括如下步骤：

5、s1、采用有限元法计算集成电路的任一未进行处理的电源-地网络的电压分布；

6、s2、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，所述评估指标包括集成电路负载的最坏压降、负载的平均压降、电源网络的电源压降、地网络的地压降、电源供电系统的电压波动、电流密度中的一个或多个，其中，电流密度包括平面电流密度分布和过孔的电流密度；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；

7、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，则集成电路电源供电系统判定为不可靠，转入步骤s4，否则判定可靠，结束优化；

8、s4、当评估集成电路电源供电系统不可靠，判断集成电路电源供电系统中当前电源-地网络是否达标，若不达标，转入步骤s5，否则，转入步骤s7；

9、s5、基于当前电源-地网络的电压分布计算当前电源-地网络的sink的管脚电压变化占比和/或平面电压变化占比；

10、s6、当当前电源-地网络的所述管脚电压变化占比大于管脚电压变化占比的阈值时，则判断当前电源-地网络的sink存在管脚分布不合理，并对当前电源-地网络的sink管脚分布进行自动优化；和/或当当前电源-地网络的所述平面电压变化占比大于平面电压变化占比的阈值时，则判断当前电源-地网络的vrm和sink间的直流电阻过大，并基于所述电流密度对当前电源-地网络的覆铜部分进行自动优化；

11、s7、返回到步骤s1，直到所述可靠性评估规则组合中所有可靠性评估规则都满足时，判定集成电路电源供电系统为可靠为止。

12、在一种可能的实施方式中，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系统是否达标，其定义为：计算的集成电路电源供电系统的电压波动低于集成电路电源供电系统的电压波动的阈值，计算的集成电路电源供电系统任意位置的电流密度大小低于电流密度的阈值；

13、所述判断集成电路电源供电系统中当前电源-地网络是否达标包括：所述可靠性评估规则组合包括规则1和/或规则2，且判断规则1和规则2中任一规则是否达标，若规则1和规则2中任一规则不达标则判断集成电路电源供电系统中电源-地网络不达标，否则判断集成电路电源供电系统中电源-地网络达标。

14、在一种可能的实施方式中，所述基于所述电流密度对当前电源-地网络的覆铜部分进行自动优化包括：

15、s621、基于所述电流密度，找出前k个电流密度峰值的热点区域并将k个热点区域中的最低电流密度作为基准电流密度，k为大于1的正整数；

16、s622、基于基准电流密度找出所有电流密度超过基准电流的区域，将其设置为电流密度超标区域；

17、s623、按电流密度由大到小的顺序依次对电流密度超标区域进行优化。

18、在一种可能的实施方式中，所述按电流密度由大到小的顺序依次对电流密度超标区域进行优化包括：按电流密度由大到小的顺序选择当前待优化的电流密度超标区域后，判断所述电流密度超标区域是否包含一个完整多边形的区域，若是，所述电流密度超标区域内所有网格剖分单元的电流密度超标，基于剖分的网格单元采用邻居扩充法在同层增大超标区域所在多边形的面积，在同层可扩充的面积不够的情况下找到有多余空间的层并在该层对应位置采用单元搜索与邻居扩充法增加版图多边形面积；否则，该超标由过孔引起，在超标区域周围均匀布置新的过孔。

19、在一种可能的实施方式种，所述按电流密度由大到小的顺序依次对电流密度超标区域进行优化包括：

20、s6231、根据电流密度超标区域的分布规律定义两类电流密度超标区域，并判断所述电流密度超标区域属于哪类超标区域；

21、若判断所述电流密度超标区域为第一类超标区域，第一类超标区域为一个完整多边形的区域，区域内所有网格剖分单元的电流密度超标，转入步骤s6232；若判断所述电流密度超标区域为第二类超标区域，第二类超标区域为一个多边形内的局部区域，在所述多边形内只有这个局部区域的网格剖分单元的电流密度超标，转入步骤s6237；

22、s6232、确定第一类超标区域的电压最高点a和电压最低点b，计算第一类超标区域的电流密度平均值；

23、s6233、根据第一类超标区域的电流密度平均值与电流密度允许最大值的比值，在当前层增大第一类超标区域的面积；

24、s6234、更新第一类超标区域的电流密度平均值，判断所述第一类超标区域的面积是否增大成功，若判断增大成功，转入步骤s6238，否则，转入步骤s6235；

25、s6235、设置stotal=snew，判断a，b对应的投影之间是否存在有多余空间的层，如果存在所述有多余空间的层，转入步骤s6236，否则，转入步骤s6239；所述stotal为第一类超标区域增大后的总面积，snew为步骤s6233实现的第一类超标区域增大后的面积；

26、s6236、增加连通超标区域到当前层的过孔va，vb，在所述有多余空间的层增加能连通过孔va，vb的覆铜多边形，获得更新的stotal，转入步骤s6234；

27、s6237、将距离电流密度最大值最近的过孔定义为过孔v，在所述过孔v周围均匀布置新的具有相同顶层和底层的过孔；

28、s6238、获得新的电路版图设计模型，重新计算电流密度，转到步骤s6231；

29、s6239、结束优化。

30、作为本技术的第二方面，还公开了一种自动优化集成电路电源-地网络的系统，包括电压电流分布计算模块、评估指标计算模块、可靠性评估模块、诊断模块、电压变化占比计算模块、优化模块和重复执行模块；其中，所述电压电流分布计算模块用于采用有限元法计算集成电路的任一未进行处理的电源-地网络的电压分布；所述评估指标计算模块用于基于电压分布，计算评估指标，并基于设计需求设定不同评估指标的阈值，所述评估指标包括集成电路负载的最坏压降、负载的平均压降、电源网络的电源压降、地网络的地压降、电源供电系统的电压波动、电流密度中的一个或多个，其中，电流密度包括平面电流密度分布和过孔的电流密度；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；所述可靠性评估模块用于当可靠性评估规则组合中任一可靠性评估规则不满足时，则集成电路电源供电系统判定为不可靠，转入诊断模块执行，否则判定可靠，结束优化；所述诊断模块用于当评估集成电路电源供电系统不可靠，判断集成电路电源供电系统中当前电源-地网络是否达标，若不达标，转入电压变化占比计算模块执行，否则，转入重复执行模块执行；所述电压变化占比计算模块用于基于当前电源-地网络的电压分布计算当前电源-地网络的sink的管脚电压变化占比和/或平面电压变化占比；所述优化模块用于当当前电源-地网络的所述管脚电压变化占比大于管脚电压变化占比的阈值时，则判断当前电源-地网络的sink存在管脚分布不合理，并对当前电源-地网络的sink管脚分布进行自动优化；和/或当当前电源-地网络的所述平面电压变化占比大于平面电压变化占比的阈值时，则判断当前电源-地网络的vrm和sink间的直流电阻过大，并基于所述电流密度对当前电源-地网络的覆铜部分进行自动优化；所述重复执行模块用于返回到所述电压电流分布计算模块执行，直到所述可靠性评估规则组合中所有可靠性评估规则都满足时，判定集成电路电源供电系统为可靠为止。

31、在一种可能的实施方式中，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系统是否达标，其定义为：计算的集成电路电源供电系统的电压波动低于集成电路电源供电系统的电压波动的阈值，计算的集成电路电源供电系统任意位置的电流密度大小低于电流密度的阈值；

32、所述判断集成电路电源供电系统中当前电源-地网络是否达标包括：所述可靠性评估规则组合包括规则1和/或规则2，且判断规则1和规则2中任一规则是否达标，若规则1和规则2中任一规则不达标则判断集成电路电源供电系统中电源-地网络不达标，否则判断集成电路电源供电系统中电源-地网络达标。

33、在一种可能的实施方式中，所述基于所述电流密度对当前电源-地网络的覆铜部分进行自动优化包括执行以下步骤：

34、s621、基于所述电流密度，找出前k个电流密度峰值的热点区域并将k个热点区域中的最低电流密度作为基准电流密度，k为大于1的正整数；

35、s622、基于基准电流密度找出所有电流密度超过基准电流的区域，将其设置为电流密度超标区域；

36、s623、按电流密度由大到小的顺序依次对电流密度超标区域进行优化。

37、在一种可能的实施方式中，所述按电流密度由大到小的顺序依次对电流密度超标区域进行优化包括：按电流密度由大到小的顺序选择当前待优化的电流密度超标区域后，判断所述电流密度超标区域是否包含一个完整多边形的区域，若是，所述电流密度超标区域内所有网格剖分单元的电流密度超标，基于剖分的网格单元采用邻居扩充法在同层增大超标区域所在多边形的面积，在同层可扩充的面积不够的情况下找到有多余空间的层并在该层对应位置采用单元搜索与邻居扩充法增加版图多边形面积；否则，该超标由过孔引起，在超标区域周围均匀布置新的过孔。

38、在一种可能的实施方式中，所述按电流密度由大到小的顺序依次对电流密度超标区域进行优化包括执行以下步骤：

39、s6231、根据电流密度超标区域的分布规律定义两类电流密度超标区域，并判断所述电流密度超标区域属于哪类超标区域；

40、若判断所述电流密度超标区域为第一类超标区域，第一类超标区域为一个完整多边形的区域，区域内所有网格剖分单元的电流密度超标，转入步骤s6232；若判断所述电流密度超标区域为第二类超标区域，第二类超标区域为一个多边形内的局部区域，在所述多边形内只有这个局部区域的网格剖分单元的电流密度超标，转入步骤s6237；

41、s6232、确定第一类超标区域的电压最高点a和电压最低点b，计算第一类超标区域的电流密度平均值；

42、s6233、根据第一类超标区域的电流密度平均值与电流密度允许最大值的比值，在当前层增大第一类超标区域的面积；

43、s6234、更新第一类超标区域的电流密度平均值，判断所述第一类超标区域的面积是否增大成功，若判断增大成功，转入步骤s6238，否则，转入步骤s6235；

44、s6235、设置stotal=snew，判断a，b对应的投影之间是否存在有多余空间的层，如果存在所述有多余空间的层，转入步骤s6236，否则，转入步骤s6239；所述stotal为第一类超标区域增大后的总面积，snew为步骤s6233实现的第一类超标区域增大后的面积；

45、s6236、增加连通超标区域到当前层的过孔va，vb，在所述有多余空间的层增加能连通过孔va，vb的覆铜多边形，获得更新的stotal，转入步骤s6234；

46、s6237、将距离电流密度最大值最近的过孔定义为过孔v，在所述过孔v周围均匀布置新的具有相同顶层和底层的过孔；

47、s6238、获得新的电路版图设计模型，重新计算电流密度，转到步骤s6231；

48、s6239、结束优化。

49、（三）有益效果

50、本技术通过对集成电路的仿真并对sink管脚分布不合理进行优化和对电源-地网络的覆铜部分进行自动优化，使电源供电系统电源-地网络的sink电压达标符合设计需求。

51、本技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本技术的实践中得到教导。本技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。