[发明专利]一种片上供电网络无向量验证方法及验证系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种超大规模集成电路设计中的物理设计技术范畴，特别是关于一种片上供电网络无向量验证方法及验证系统。

背景技术

随着集成电路的设计和制造工艺的不断发展，芯片的集成度和功率密度不断提高，芯片内部供电网络的规模也越来越大。为了获得更低的功耗和更好的性能，供电电压和噪声阈值被不断降低，使得供电电压的波动对于芯片性能的影响变得更加显著。特别是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够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显得越来越大，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会小于外部的电源电压。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，影响芯片性能，严重时还会引起逻辑错误。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。

如图1所示，是现有技术中基于仿真的片上供电网络验证方法，其需要以芯片上各单元模块吸纳电流的值或者波形作为输入向量，基于供电网络模型来模拟仿真芯片各种可能的工作状态，通过求解以此为边界条件的电路方程，获得片上供电网络各节点电压情况。这类验证方法需要枚举芯片各种可能的工作状态进行电路仿真，不仅计算量巨大，而且难以满足芯片设计早期阶段（无法给出各单元模块吸纳电流信息）的验证需求。为了解决这些问题，亟需一种无向量验证方法，即不依赖于具体的输入向量，而是通过某种方式刻画芯片设计早期电路具体情况的不确定性，并以此为基础对片上供电网络的安全性进行验证。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种片上供电网络无向量验证方法及验证系统，该方法能够基于片上供电网络的等效电路模型和相应的电流约束条件，估计各节点最大电压降，以此为片上供电网络结构的修改和优化提供有力的参考依据。

本发明提供一种片上供电网络无向量验证方法，其特征在于，包括以下步骤：

S100、基于片上供电网络的等效电路信息建立系统矩阵方程，获得电导矩阵；

S200、基于片上供电网络的电路约束条件建立电流约束矩阵以及由相应的电流上界值所构成的电流约束向量；

S300、采用一种多级层次式矩阵求逆算法求解电导矩阵的稀疏近似逆矩阵，从而获得片上供电网络中各节点的电压降与所有吸纳电流源的函数关系，作为目标函数；

S400、将电流约束矩阵和电流约束向量作为线性规划的可行域，对目标函数进行线性规划，计算出片上供电网络中各节点的最大电压降，以此对各节点的安全性进行验证。

上述步骤S300中，所述多级层次式矩阵求逆算法包括以下步骤：S311、利用多重网格方法对电导矩阵进行层次约化，求取各层次粗网格线性算子；S312、基于层次式矩阵构造其中最粗一层网格线性算子的稀疏近似逆矩阵。

上述步骤S300中，在获得电导矩阵的稀疏近似逆矩阵后，还采用迭代算法控制稀疏近似逆矩阵的近似精度。

上述迭代算法包括以下步骤：

S323、设定线性方程组的猜测解c_i初始值为零，带入残差向量r_i=e_i-Gc_i，e_i是第i个元素为1的单位向量；

S324、利用多级矩阵求逆方法计算线性方程组Gx_i=r_i的近似解x_i，G是电导矩阵；

S325、更新线性方程组的猜测解c_i=c_i+x_i，以及残差向量r_i=e_i-Gc_i；

S326、判断残差向量r_i的范数是否小于等于预设值ε：

如果大于，返回步骤S324；

如果小于等于，执行步骤S327；

S327、c_i作为描述片上供电网络中各节点的电压降与所有吸纳电流源的函数关系的系数向量。

上述迭代算法的步骤S326中，残差向量r_i的范数2，判断||r_i||≤ε是否成立：

如果不成立，返回步骤S324；

如果小于等于，执行步骤S327。

上述迭代算法的收敛率为I为单位矩阵，为所述多级层次式矩阵求逆算法中给出的电导矩阵G的近似逆矩阵。