[发明专利]一种多电压三维专用片上网络芯片的层划分方法

说明书

技术领域

低功耗的三维片上网络芯片层划分方法属于集成电路计算机辅助设计领域，尤其涉及多供电电压划分以及三维芯片集成领域。

背景技术

三维集成芯片凭借其高集成度、高性能、低互连长度的优点，成为了业界研究的热点；与此同时，为了解决传统芯片布线问题的困难，片上网络芯片结构也得到了发展。三维片上网络芯片，集合了三维芯片和片上网络芯片的优点，在近几年越来越多的受到关注，具有很好的发展前景。然而，由于三维芯片的高集成度，功耗密度越来越大。高功耗不仅会引起电量的损耗，还会带来严重的热问题，甚至引发硬件错误，降低芯片性能。因此，低功耗优化成为三维片上网络芯片的关键。

按照功耗的类型可以分为两类，一种是模块本身运行产生的功耗，另一种是模块之间通信产生的功耗。模块功耗与模块本身的性能和加在模块本身的供电电压值有关，而模块的通信功耗，与模块之间的通信量和通信距离有关。

多供电电压设计是一种降低芯片模块功耗的有效方法。该技术将芯片划分为不同的电压区域（即电压岛），为每个电压岛提供特定的供电电压。通过将不重要的元件分配以较低的供电电压，可以实现模块功耗的优化。与此同时，层划分的结果是影响三维芯片通信功耗的重要因素。层划分的结果不仅决定了三维芯片的运行性能，还决定了三维芯片内部的通信方式，从而影响芯片的通信功耗。本发明针对三维片上网络芯片，提出了一种基于多电压设计的层划分方法，为三维专用片上网络芯片功耗的优化奠定基础。

图1显示了一个三维专用片上网络芯片的示意图。在图中，每个模块都是一个独立的处理器或存储器，转换器是通信的中枢节点，用以实现通信路径的路由、转发等功能，网络接口是实现模块与转换器通信协议的转换。不同的电压岛之间如果需要通信，还需要电压转换器来实现电压及频率的转换。不同层之间的通信，通过信号通孔来实现。

发明内容

层划分对于三维专用片上网络芯片层之间通信功耗的优化起着至关重要的作用；然而，考虑多电压设计之后，层划分面临两方面的目标：一方面是通过电压岛实现模块本身功耗的优化，另一方面是实现通信功耗的优化；然而，这两部分是分别由多电压设计和层划分结果决定的；为了达到总功耗的优化，需要将两者同时考虑，即层划分的同时考虑多电压分配的结果；

本发明提出一种多电压三维专用片上网络芯片的芯片层划分方法，流程如图2所示，其特征在于，是一种用整数线性规划模型进行层划分和电压分配的网络芯片总功耗的优化方法，同时兼顾了各层芯片的面积均衡和电源/地线供电网络资源的优化，是在计算机中依次按照以下步骤实现的，其中：

面积均衡是指三维芯片各个层之间的模块面积差别不能过大，这个可以通过用户给定的参数来设定；电源/地线供电网络资源及对电压岛进行供电的网络，由于供电网络需要许多资源，因此需要尽可能的将同一电压岛内的模块放置在一起，如图3所示，分散的电压岛将会导致供电网络资源的浪费；考虑如果在每个芯片层都放置m个电压是不合适的，因为这会增加电源/地线供电网络的资源，增加设计成本；因此，在本发明中，我们假定每层芯片都使用尽可能少的电压值；

步骤（1），读入模块信息，包括模块总数N，模块大小以及在可选电压下的功耗，其中：

给定各可选电压值及可选电压总数m，总芯片层数S以及模块之间的通信量；

步骤（2），按照以下步骤按所给定的m、S之间的数量关系建立整数线性规划建模；

步骤（2.1），在可选电压m等于芯片层数S时，m=S，依次执行下述步骤：

步骤（2.1.1），为各层芯片添加电压分配约束：

步骤（2.1.1.1），为各层建立唯一的电压岛：