多電壓片上系統(tǒng)布圖規(guī)劃自動(dòng)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、低功耗設(shè)計(jì)是集成電路設(shè)計(jì)進(jìn)入納米時(shí)代后面臨的重要挑戰(zhàn)之一，多電壓供電技術(shù)(Multiple Supply Voltage，MSV)是在現(xiàn)有CMOS工藝下降低芯片功耗最有效的方法，目前在片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要以電壓島的形式手工加以實(shí)現(xiàn)。多電壓供電技術(shù)，對(duì)電路的物理設(shè)計(jì)特別是布圖規(guī)劃問(wèn)題提出了諸多挑戰(zhàn)，在多電壓布圖規(guī)劃中，需要考慮電壓島的生成及電壓的分配、電平轉(zhuǎn)換器的布局、供電網(wǎng)絡(luò)的電壓完整性及芯片面積和線長(zhǎng)等。本文針對(duì)多電壓布圖規(guī)劃問(wèn)題進(jìn)行了

2、研究，提出了相應(yīng)的電壓島生成及布圖規(guī)劃方法，論文主要貢獻(xiàn)點(diǎn)如下:
　　非規(guī)則形電壓島生成及布圖規(guī)劃。在多電壓布圖規(guī)劃中，多電壓供電多以矩形電壓島的形式實(shí)現(xiàn)，如果以更靈活的非規(guī)則形電壓島實(shí)現(xiàn)，芯片功耗可以進(jìn)一步降低。本文提出了一種基于模擬退火的使用冒險(xiǎn)修補(bǔ)策略的非規(guī)則形電壓島布圖規(guī)劃算法，布圖表示采用序列對(duì)表示方法。在模擬退火算法的每次擾動(dòng)中，從當(dāng)前布圖規(guī)劃中隨機(jī)選取一個(gè)模塊然后將其移動(dòng)到適當(dāng)?shù)奈恢?，不同的位置可能?duì)應(yīng)不同的電壓島及

3、電壓分配。因移動(dòng)模塊而產(chǎn)生的領(lǐng)域解空間規(guī)模為O(n2kvi)，其中n是模塊數(shù)目，kvi是電壓島數(shù)目。本文通過(guò)使用芯片面積、線長(zhǎng)、功耗和電壓島代價(jià)線性組合的目標(biāo)函數(shù)來(lái)評(píng)估每個(gè)插入點(diǎn)以及相應(yīng)的候選電壓島。為了減小對(duì)O(n2kvi)種可能解的評(píng)估時(shí)間，本文基于序列對(duì)模型，定義了干擾因子的概念，并提出了一種快速的冒險(xiǎn)算法，通過(guò)忽略大部分距離較遠(yuǎn)的候選電壓島來(lái)構(gòu)建非規(guī)則形電壓島，然而構(gòu)建的電壓島中會(huì)偶爾出現(xiàn)數(shù)目較少的非法島（不連續(xù)區(qū)域的電壓島）。

4、為了消解可能出現(xiàn)的非法島，在每個(gè)溫度下我們使用修補(bǔ)策略來(lái)進(jìn)行一次詳細(xì)的計(jì)算。與最新的工作的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明本文提出的方法是快速有效的。
　　矩形電壓島生成的布圖規(guī)劃。在目前EDA工具中，電壓島多以矩形電壓域的形式實(shí)現(xiàn)，同時(shí)依靠設(shè)計(jì)者手工完成。本文對(duì)現(xiàn)有基于模擬退火策略、采用模塊刪除后重插入的擾動(dòng)方式的多電壓布圖規(guī)劃方法提出了改進(jìn)，在模塊刪除后重插入的擾動(dòng)過(guò)程中加入一定比例的對(duì)矩形電壓島的刪除和重插入，解決模塊刪除后重插入的擾動(dòng)方式

5、過(guò)于貪婪以致容易陷入局部最優(yōu)的缺點(diǎn);同時(shí)考慮到電壓島破壞了原本統(tǒng)一均勻的全局供電網(wǎng)絡(luò)，本文還加入了對(duì)全局供電網(wǎng)絡(luò)電壓完整性考慮，采用Voltspot對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，所提方法能夠同時(shí)在線長(zhǎng)、功耗以及電壓島數(shù)目等方面優(yōu)于現(xiàn)有方法，同時(shí)顯著降低電壓違例點(diǎn)的數(shù)目。
　　本文綜合分析了電壓島布圖規(guī)劃各個(gè)優(yōu)化目標(biāo)之間的競(jìng)爭(zhēng)、增益關(guān)系，系統(tǒng)的歸納了電壓島布圖規(guī)劃的問(wèn)題模型。論文成果可以應(yīng)用于現(xiàn)有EDA工具或與現(xiàn)有工具結(jié)