[发明专利]集成电路层间耦合动态施加的粗颗粒并行迭代方法及装置

说明书

本发明提供了集成电路层间耦合动态施加的粗颗粒并行迭代方法及装置，其中粗颗粒并行迭代方法包括如下步骤：首先将集成电路层间耦合的迭代计算划分为并行计算颗粒，并依据CPU加权时间合并为并行计算粗颗粒；其次，以并行计算颗粒为单元分配计算任务，并行的对源层的电流分布进行迭代，每次迭代时，通过并矢格林函数计算其他层对源层的影响，并且将影响进行累加作为源层的源项，对源层施加二维有限元计算其场分布从而更新该层的场和电流分布，得到源层场的改变量，并动态修改源层受到其他层影响的作用层范围；经过反复迭代直到所有层的场的改变量均小于指定阈值，迭代结束。本申请能够使得三维多层集成电路电磁响应的计算时间随并行进程数线性降低。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及集成电路层间耦合动态施加的粗颗粒并行迭代方法及装置。

背景技术

集成电路工作时其多层版图上由于高速信号的传输，会形成高频交变电磁场，同时，为了提高电子设备的性能，缩小体积，降低成本，将晶体管与其他元器件以及线路都集成在一小块半导体基片上。为了实现更多的功能，超大规模集成电路有数十层到上百层结构，每层结构极其复杂，集成上百万甚至上千万晶体管，且具有多尺度结构，从厘米级到目前最新的纳米级。为了保证集成电路能正常工作并实现事先设计的功能，需要首先保证集成电路的电源完整性和信号完整性，因此需要采用电磁场分析的手段对数十层、上百层的多尺度结构的集成电路的电源完整性和信号完整性进行精准的分析，这是超大规模集成电路电磁场分析的一大难题。

采用传统方法对三维大规模集成电路进行电磁场分析，进而计算其电磁响应时，通常在设置一定区域的截断误差后，将整个三维集成电路连同集成电路之外的有限区域确定为计算区域，然后对整个计算区域进行网格剖分，并计算整个计算区域的电磁场分布，进而计算出集成电路每层的电磁场分布、电流分布、指定端口的电流电压等电磁响应。然而，集成电路过孔、走线等特征尺寸为纳米级，整个集成电路的尺寸为厘米级，而根据截断误差确定的计算区域则为分米级、米级，对这样的多尺度空间进行统一的网格剖分再分析其空间电磁辐射，会产生数亿的网格和未知量，导致计算的硬件（内存）成本和CPU时间成本都过大的问题。为此，可采用有限元法和矩量法相结合的方法计算三维大规模集成电路电磁响应。在三维大规模集成电路区域，采用有限元法；在集成电路之外的大范围区域，采用矩量法；有限元法和矩量法在集成电路与外部空间的界面相耦合。由于矩量法只针对界面进行积分，因此就会减少大量的网格单元和未知量，但由于集成电路的尺度范围为纳米级到厘米级，直接对集成电路整体用有限元法求解本身会产生巨大的稀疏矩阵，且由于有限元法和矩量法进行耦合，使得形成的耦合矩阵在界面处为稠密矩阵，大大增加了整个稀疏矩阵的非零元数量和稀疏矩阵求解复杂度，使得计算时间仍然很长。

发明内容

（一）发明目的

基于上述问题，本发明提出一种集成电路层间耦合动态施加的粗颗粒并行迭代方法及装置，一方面在多层超大规模集成电路层间耦合的迭代计算过程中最大限度的减少各进程之间的通信，避免多进程并行计算时因为内存峰值大于可用物理内存而造成的硬盘读写瓶颈，完美解决不同计算实例复杂度不对等带来的进程等待问题，进而大大提高并行计算效率；另一方面，根据集成电路层间耦合的特点，将所有计算颗粒合并为具有不同范围的计算任务集合的两级并行计算粗颗粒，依据这两级并行计算粗颗粒分配计算进程；最后，基于电磁场、电磁波在空间中的衰减规律，在设计并行迭代求解方法时，每次迭代通过并矢格林函数计算其他层对源层的影响，并且将影响进行累加作为源层的源项，对源层施加二维有限元计算其场分布从而更新该层的场和电流分布，得到源层场的改变量，并动态修改源层受到其他层影响的作用层范围，这将大大加速迭代求解时间。本申请公开了以下技术方案。

（二）技术方案

作为本发明的第一方面，本发明公开了一种集成电路层间耦合动态施加的粗颗粒并行迭代方法，包括以下步骤：