專利名稱：集成電路供電網(wǎng)絡全參數(shù)模型下瞬態(tài)分析方法及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及集成電路設計領域，尤其是涉及一種集成電路供電網(wǎng)絡全參數(shù)模型下瞬態(tài)分析方法及系統(tǒng)。
背景技術：
在超大規(guī)模集成電路中，各元器件正常工作的一個重要前提是其能得到正常的供電電壓。而實際上，隨著集成電路工藝尺寸的不斷降低，平面工藝設計下的集成電路供電系統(tǒng)的網(wǎng)絡阻抗越來越大，供電系統(tǒng)的金屬走線上的電壓降已經(jīng)變得不可忽略，即元器件上得到的實際供電電壓小于外部對集成電路供電的電源電壓。如果供電網(wǎng)絡上的電壓降過大，就可能使元器件上得到的供電電壓過低，導致元器件的時延增加，尤其是在芯片供電網(wǎng)絡的全參數(shù)模型(包括電阻、電容和電感效應)下，供電系統(tǒng)的瞬態(tài)噪聲將愈發(fā)嚴重，這將影響芯片的實際工作性能，嚴重時還會引起邏輯錯誤以至于芯片失效。隨著集成電路設計與工藝制造能力的不斷發(fā)展，供電網(wǎng)絡的設計面臨著越來越嚴峻的挑戰(zhàn)，這主要體現(xiàn)在:一、芯片制造工藝尺寸不斷降低，集成度越來越高，也即是芯片功率密度越來越大，對供電系統(tǒng)的能力提出了越來越高的要求；二、由于低功耗設計和散熱方面的設計考慮，芯片供電電壓越來越低，使得供電電壓降閾值越來越低；三、由于晶體管的工作電壓不斷降低，使得其噪聲容限變得越來越低，對供電電壓降的波動更加敏感；四、隨著集成電路的特征尺寸的降低，供電系統(tǒng)的金屬走線也越來越窄，進而使得單位長度上的電阻電容等寄生效應更加顯著；五、芯片的工作頻率愈來愈高，以及工作電流的增加，使得供電網(wǎng)絡的瞬態(tài)噪聲愈發(fā)顯著。因此，供電網(wǎng)絡的性能已經(jīng)成為集成電路設計與優(yōu)化的一個重要瓶頸，日益受到學術界和工業(yè)界的重視。高效、精確的供電網(wǎng)絡的分析方法，對供電網(wǎng)絡的設計與優(yōu)化有著重要的意義。在供電網(wǎng)絡的設計過程中，供電網(wǎng)絡的仿真可以盡早地發(fā)現(xiàn)潛在的問題并進行調(diào)整，避免在設計后期再調(diào)整時帶來很大的設計成本。而目前供電網(wǎng)絡的優(yōu)化流程一般都是迭代地進行的，即在當前設計的基礎上根據(jù)仿真分析的結果進行調(diào)整，得到下一步的設計，重復這樣的流程直到得到一個合理的設計效果，這樣重復地進行仿真分析往往是優(yōu)化過程中比較耗時的部分。尤其是對于全參數(shù)的供電網(wǎng)絡模型，在考慮到了動態(tài)元件(電容和電感)之后，則必須通過時域離散差分方式的仿真才能夠得到電路實際工作時的瞬態(tài)噪聲，也就是說，必須對足夠的時鐘周期內(nèi)的不同工作模式下進行實際模擬，才能夠在一定程度上反映出供電網(wǎng)絡在芯片實際工作時的性能，而對于每個仿真周期可能就需要在數(shù)千個時間點上進行仿真，因此，整個瞬態(tài)仿真將會非常耗時。目前廣泛使用的供電網(wǎng)絡的拓撲結構是一個網(wǎng)格狀的拓撲結構，供電網(wǎng)絡的靜態(tài)仿真分析是針對一個純電阻網(wǎng)絡模型，采用經(jīng)典的節(jié)點分析方法，建立一個大規(guī)模的線性方程組，通過求解這個線性方程組即可得到所有節(jié)點的電壓值，從而可以進一步分析各節(jié)點的電壓降以及檢查電流密度等。供電網(wǎng)絡的瞬態(tài)分析通常是針對包含電阻、電容和電感的全參數(shù)模型，將儲能元件電容和電感進行離散化，離散化后的電容和電感元件都可以等效為一個常數(shù)電阻并聯(lián)一個電流源，電流源的大小可以根據(jù)上一個時間點的仿真結果得至IJ，通過求解每個時間點上的電路節(jié)點電壓響應，即可得到供電網(wǎng)絡節(jié)點電壓的動態(tài)變化，因此供電網(wǎng)絡的瞬態(tài)仿真相當于是需要求解一系列的線性方程組。而包括電阻、電容和電感的全參數(shù)模型形成的動態(tài)系統(tǒng)將更加復雜。因此，工業(yè)界亟需一種更高精度、更快收斂速度而且更加穩(wěn)定的解決方案來對該復雜系統(tǒng)進行高效的瞬態(tài)分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題之一是需要提供一種能夠快速精確，減少內(nèi)存消耗的集成電路供電網(wǎng)絡全參數(shù)模型下瞬態(tài)分析方法及系統(tǒng)。為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種集成電路供電網(wǎng)絡全參數(shù)模型下瞬態(tài)分析方法，包括:確定步驟，確定待分析的集成電路供電網(wǎng)絡的全參數(shù)模型信息；建立步驟，基于所述全參數(shù)模型信息建立包含多個獨立子電路的供電網(wǎng)絡拓撲圖；分析步驟，對所述供電網(wǎng)絡拓撲圖中的各個子電路并行進行直流工作點分析和瞬態(tài)分析得到各個子電路在各個時刻的電路節(jié)點電壓分布。在一個實施例中，通過對待分析的集成電路供電網(wǎng)絡的SPICE網(wǎng)表進行掃描來確定該集成電路供電網(wǎng)絡的全參數(shù)模型信息；基于所述全參數(shù)模型信息建立電路元件與電路節(jié)點之間的鄰接表關系，然后利用所述鄰接表關系構建包含多個獨立子電路的供電網(wǎng)絡拓撲圖。在一個實施例中，在確定該集成電路供電網(wǎng)絡的網(wǎng)絡模型信息的步驟中，進一步將網(wǎng)絡模型信息中供電源模型的所有電壓源轉(zhuǎn)換成電流源；識別網(wǎng)絡模型信息中復合吸納電流源模型的電流方向。在一個實施例中，在利用所述鄰接表關系構建包含多個獨立子電路的供電網(wǎng)絡拓撲圖的步驟中，進一步包括:步驟21，采用并查集將所述鄰接表關系中設定屬性的電路節(jié)點進行等效，所述設定屬性的電路節(jié)點包括短路或通孔電阻小于設定值的電路節(jié)點；步驟22，將每個等效后的電路節(jié)點所代表的原電路節(jié)點上掛載的吸納電流源進行合并；步驟23，將執(zhí)行所述步驟22后的每個等效后的電路節(jié)點與未被忽略的電阻建立成連接拓撲圖；步驟24，采用深度優(yōu)先搜索算法識別出所述連接拓撲圖中無電氣連接關系的各個獨立子電路，以得到供電網(wǎng)絡拓撲圖。在一個實施例中，在所述分析步驟中，進一步包括:步驟31，對于所述供電網(wǎng)絡拓撲圖中的各個子電路，在第O時刻，對該子電路進行直流工作點分析；步驟32，在第I時刻，采用歐拉離散差分法構建關于該子電路的RLC模型下的瞬態(tài)分析矩陣以及右端項，然后求解得到該子電路的第I時刻的電路節(jié)點電壓分布；步驟33，在其他時刻，采用梯形離散差分法構建關于該子電路的RLC模型下的各個時刻的瞬態(tài)分析矩陣以及右端項，然后求解得到該子電路的在各個時刻的電路節(jié)點電壓分布。在一個實施例中，在所述步驟31中，進一步包括:忽略該子電路中所有的儲能元件，構建關于該子電路的靜態(tài)分析矩陣以及右端項；利用迭代求解器求解得到該子電路在第O時刻的電路節(jié)點電壓分布，優(yōu)選利用AMGPCG求解器。在一個實施例中，在所述步驟32中，利用以下表達式來表示采用歐拉離散差分法構建關于該子電路的RLC模型下的瞬態(tài)分析矩陣以及右端項，^G + j+jyi)(t + h) = jYn(t) + 4h{t + h)-Afil{t)其中，η是供電網(wǎng)絡的電路節(jié)點數(shù)目，vn(t)和vn(t+h)分別是第t時刻和第t+h時亥1J電路節(jié)點電壓向量， χ( )是第t時刻流過電感支路的電流向量，Ii (t+h)是第t+h時刻
吸納電流源向量，并且G = 乂G弋C = AtcCAc L = AfL A1其中G是對角矩陣，其對角

線元素是RLC模型中每個電阻的電導值，C也是對角矩陣，其對角線元素是RLC模型中每個電容的電容值，L也是對角矩陣，其對角線元素是RLC模型中每個電感的電感值，而Ag，Ac,^和化是描述每個元件連接關系的拓撲矩陣，其每行最多有兩個非零元，其下標g，c，I和i分別表示連接到電阻、電容、電感和獨立電流源的支路；利用迭代求解器求解得到第I時刻的電路節(jié)點電壓分布，優(yōu)選利用AMGPCG求解器。在一個實施例中，在所述步驟33中，利用以下表達式來表示采用梯形離散差分法構建關于該子電路的RLC模型下的各個時刻的瞬態(tài)分析矩陣以及右端項，( +—C + —+ h)= -< +—C-— vn (/) + 47 ( (^+ ^) + ^(0)-2^ i/(0其中，vn(t)和vn(t+h)分別是第t時刻和第t+h時刻電路節(jié)點電壓向量,Ii1 (t)是第t時刻流過電感支路的電流向量，Ii (t)和ijt+h)分別是第t時刻和第t+h時刻吸納電
流源向量，并且Ο =』#名，(:=為％4，L = AfL為，其中G是對角矩陣，其對角線元素是
`RLC模型中每個電阻的電導值，C也是對角矩陣，其對角線元素是RLC模型中每個電容的電容值，L也是對角矩陣,其對角線元素是RLC模型中每個電感的電感值,而Ag，Ac, A1和Ai是描述每個元件連接關系的拓撲矩陣，其每行最多有兩個非零元，其下標g，C，I和i分別表示連接到電阻、電容、電感和獨立電流源的支路；利用直接求解器求解得到每個時刻電路節(jié)點電壓分布，優(yōu)選利用Cholmod求解器。根據(jù)本發(fā)明另一方面，還提供了一種集成電路供電網(wǎng)絡全參數(shù)模型下瞬態(tài)分析系統(tǒng)，包括:全參數(shù)模型信息確定模塊，其確定待分析的集成電路供電網(wǎng)絡的全參數(shù)模型信息；網(wǎng)絡拓撲圖建立模塊，其基于所述全參數(shù)模型信息建立包含多個獨立子電路的供電網(wǎng)絡拓撲圖；分析模塊，其對所述供電網(wǎng)絡拓撲圖中的各個子電路并行進行直流工作點分析和瞬態(tài)分析得到各個子電路在各個時刻的電路節(jié)點電壓分布。在一個實施例中，通過對待分析的集成電路供電網(wǎng)絡的SPICE網(wǎng)表進行掃描來確定該集成電路供電網(wǎng)絡的全參數(shù)模型信息；基于所述全參數(shù)模型信息建立電路元件與電路節(jié)點之間的鄰接表關系，然后利用所述鄰接表關系構建包含多個獨立子電路的供電網(wǎng)絡拓撲圖。在一個實施例中，在所述分析模塊中，進一步包括:直流工作點分析單元,其對于所述供電網(wǎng)絡拓撲圖中的各個子電路，在第O時刻，對該子電路進行直流工作點分析；瞬態(tài)分析單元，其在第I時刻，采用歐拉離散差分法構建關于該子電路的RLC模型下的瞬態(tài)分析矩陣以及右端項，然后求解得到該子電路的第I時刻的電路節(jié)點電壓分布，以及，在其他時亥IJ，采用梯形離散差分法構建關于該子電路的RLC模型下的各個時刻的瞬態(tài)分析矩陣以及右端項，然后求解得到該子電路的在各個時刻的電路節(jié)點電壓分布。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的一個或多個實施例可以具有如下優(yōu)點:對于全參數(shù)的電路模型，本發(fā)明建立了可以采用對稱矩陣求解器的線性系統(tǒng)，根據(jù)問題求解的特點，混合采用了直接求解器和迭代求解器。本發(fā)明可以對例如SPICE網(wǎng)表格式全參數(shù)模型下的供電網(wǎng)絡進行快速精確的瞬態(tài)電壓降分析，尤其是在內(nèi)存消耗方面，相比以往的仿真器有著很大程度的提高。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。


附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例共同用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中:圖1根據(jù)本發(fā)明第一實施例的集成電路供電網(wǎng)絡全參數(shù)模型下瞬態(tài)分析方法的流程示意圖；圖2是全參數(shù)RLC模型下的供電網(wǎng)絡模型示意圖； 圖3是供電電壓源模型示意圖；圖4是作為供電網(wǎng)負載的吸納電流源模型示意圖；圖5是瞬態(tài)仿真在時間軸上每個時刻的依賴性示意圖；圖6是基于多線程的并行化瞬態(tài)仿真示意圖；圖7 (a)和圖7 (b)分別是利用圖1所示的方法對ibmpglt實例進行瞬態(tài)仿真后其中一個電路節(jié)點nl_18333_5432的電壓波形圖和電壓誤差曲線圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的集成電路供電網(wǎng)絡全參數(shù)模型下瞬態(tài)分析系統(tǒng)的結構示意圖。
具體實施例方式以下將結合附圖及實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明的是，只要不構成沖突，本發(fā)明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結合，所形成的技術方案均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。另外，在附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計算機可執(zhí)行指令的計算機系統(tǒng)中執(zhí)行，并且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同于此處的順序執(zhí)行所示出或描述的步驟。第一實施例本實施例的目的在于提出一種比該領域中其他方法更穩(wěn)定、高效，且占用內(nèi)存更少的全參數(shù)模型下供電網(wǎng)絡瞬態(tài)分析方法，也就是在滿足用戶指定的求解精度情況下，以盡量少的運行時間、盡量少的內(nèi)存消耗來完成對指定SPICE網(wǎng)表格式的供電網(wǎng)絡節(jié)點電壓降的瞬態(tài)分析。為達到上述目的，本實施例提出的全參數(shù)模型下供電網(wǎng)絡瞬態(tài)分析方法的流程圖，具體如圖1所示。步驟SllO (以下省略“步驟”二字)確定待分析的集成電路供電網(wǎng)絡的全參數(shù)模型信息。在本實施例中，優(yōu)選地，通過對待分析的集成電路供電網(wǎng)絡的SPICE網(wǎng)表進行掃描來確定該集成電路供電網(wǎng)絡的全參數(shù)模型信息。當然，并不限定SPICE格式，只要能夠?qū)⒋治龅碾娐返男畔⑦M行完整描述，那么其他格式，例如DEF/SPEF/DSPF文件格式也可以。通過兩次掃描SPICE網(wǎng)表得到關于供電網(wǎng)絡的信息，第一次掃描統(tǒng)計出該供電網(wǎng)絡中電阻的數(shù)目和金屬走線層數(shù)，然后基于統(tǒng)計結果建立哈希表。在第二次讀入網(wǎng)表時從得到的哈希表中快速查詢已經(jīng)存儲的電路節(jié)點。需要說明的是，SPICE格式是一種工業(yè)界應用于描述電路元器件及其拓撲關系的標準格式。對于全參數(shù)的供 電網(wǎng)絡瞬態(tài)分析，其電路模型包含金屬走線的電阻、供電電壓源模型以及作為供電網(wǎng)絡負載的吸納電流源模型，電路輸出是供電網(wǎng)絡中各個電路節(jié)點每一時刻的電壓值。如圖2所示，其為一全參數(shù)的供電網(wǎng)絡模型。片上金屬走線被建模為集總電阻，其電感效應很小而被忽略(圖中未不出)；供電源被建模為標準電壓源與一個封裝電阻和封裝電感串聯(lián)的復合模型；作為負載的芯片工作單元被建模為一個復合的吸納電流源模型，其包括描述工作單元開啟的電流源以及單元內(nèi)部的電容效應和描述電阻效應的內(nèi)部電阻。具體來說，如圖3所示為一個典型的供電電壓源模型，其考慮到了由芯片封裝而引起的電學效應，封裝效應被建模成了一個集總電感L和一個集總電阻r，因此使用到的供電源模型就是由一個標準的電壓源Vdd與封裝電感L和封裝電阻r串聯(lián)而成。為了便于形
成仿真矩陣，需要對其進行變換，首先將封裝電阻r分為兩個阻值為I的電阻串聯(lián)，然后將封裝電感L放在兩電阻之間，通過諾頓電路等效定理，并給定電導纟=-電壓源Vdd與其相
V
鄰的電阻i串聯(lián)可以等效為一個電流源2g Wdd與電阻2g并聯(lián)，這樣就把電路中的所有電壓源轉(zhuǎn)換成了電流源。如圖4所示為一個典型的復合吸納電流源模型，實際上是在對作為負載的芯片單元進行仿真時，采用的一個復合的電路模型來描述其電學響應。其包括一個等效電阻R_iv與一個等效電容C_iv進行串聯(lián)之后再與一個等效的電流源Is進行并聯(lián)，然后接入供電網(wǎng)絡中。而對于實際接入供電網(wǎng)絡中的VDD線網(wǎng)和GND線網(wǎng)來說，這個模型中等效電阻R_iv與等效電容C_iv的順序不同，但是這并不影響其電路響應，因此在實際仿真中只需要正確識別電流Is的方向即可。步驟S120，基于全參數(shù)模型建立包含多個獨立子電路的供電網(wǎng)絡拓撲圖。具體地，基于全參數(shù)模型信息建立電路元件與電路節(jié)點之間的鄰接表關系，然后利用鄰接表關系構建包含多個獨立子電路的供電網(wǎng)絡拓撲圖。在利用鄰接表關系構建包含多個獨立子電路的供電網(wǎng)絡拓撲圖的步驟中，首先處理電路中的諸如節(jié)點短路或者是通孔電阻過小的情況，采用并查集的技術將上述節(jié)點進行等效，然后將每個等效后的節(jié)點所代表的原始節(jié)點上掛載的吸納電流源進行合并，再將經(jīng)上述處理的等效后的節(jié)點與未被忽略的電阻建立成連接拓撲圖。由于供電網(wǎng)絡中存在著互相獨立而沒有電氣連接關系的若干子電路，因此可以采用深度優(yōu)先搜索的方法識別出該圖中的所有連通分支，并將識別出的連通分支作為獨立子電路的連接拓撲圖，利用此屬性可并行地對每個子電路進行直流工作點分析以及瞬態(tài)分析。步驟S130，對供電網(wǎng)絡拓撲圖中的各個子電路并行進行直流工作點分析和瞬態(tài)分析得到各個子電路在每個時刻的電路節(jié)點電壓分布。具體來說，在第O時刻，對各個子電路進行直流工作點分析。進一步對于t = O時刻的直流工作點分析，可以將所有的儲能元件忽略，也即是將電感短路，電容開路，然后建立靜態(tài)分析矩陣方程和右端項GV = I，其中G是電導矩陣，V是待求的電路節(jié)點電壓向量，I是吸納電流源負載向量，求解此矩陣方程得到初始時刻t = O時電路節(jié)點的電壓分布。在第I時刻，采用歐拉離散差分法構建關于該子電路的RLC模型下的瞬態(tài)分析矩陣以及右端項，然后求解得到各個子電路的第I時刻的電路節(jié)點電壓分布。在其他時刻，采用梯形離散差分法構建關于該子電路圖的RLC模型下的各個時刻的瞬態(tài)分析矩陣以及右端項，然后求解得到各個子電路圖的在各個時刻的電路節(jié)點電壓分布。需要說明的是，對于第一步的瞬態(tài)分析，即t = I時刻的瞬態(tài)分析，由于其前面只有一個時間點t = O時刻的分析結果可使用，因此必須采用Euler差分方式進行離散化，建立RLC模型下的瞬態(tài)矩陣方程和右端項，求解得到第一步的瞬態(tài)分析t = I時刻的電路節(jié)點的電壓分布。而后t = 2時刻以及其他的時間點，由于其前面已經(jīng)有兩個時間點(t_2)時刻和(t-1)時刻的分析結果可 以使用，因此采用了更高精度的梯形差分方式進行離散化，建立RLC模型下的瞬態(tài)矩陣方程和右端項，求解得到t = 2時刻以及剩余時間點瞬態(tài)仿真的電路節(jié)點的電壓分布。下面詳細說明如何來建立瞬態(tài)分析方程(瞬態(tài)矩陣方程和右端項)。供電網(wǎng)絡的瞬態(tài)分析指的是在給定隨時間變化的電流負載情況下，求出供電網(wǎng)絡電路節(jié)點上隨時間變化的電壓波形。全參數(shù)RLC模型下供電網(wǎng)絡的瞬態(tài)分析，實質(zhì)上是去求解一個大規(guī)模的常微分方程，實際中需要對其在時間域上進行離散化，然后求解一系列的差分代數(shù)方程。瞬態(tài)分析面臨的最大問題在于，時域上離散差分后會形成一系列的大規(guī)模代數(shù)方程需要求解，需要非常長的仿真周期。對于一個含有η個電路節(jié)點的RLC模型的供電網(wǎng)絡，采用基于KCL定律和KVL定律的節(jié)點分析方法(ΜΝΑ)，在只保留流過電感支路的電流變量時，該系統(tǒng)可被形式化為
(dvA
Γ ( G Af)fvn)JC 0)1 f4rUT.+ n I r = n
V 4 ^ /V1Z / L J <hj_ V 0 y
、dt J其中，n是供電網(wǎng)絡的電路節(jié)點數(shù)目，vn是待求的電路節(jié)點電壓向量，I1是流過電感支路的電流向量，Ii是吸納電流源向量，并且G = Ατβ Ag, C = AtcO Ac , L = A1L A1,其
中G是對角矩陣，其對角線元素是RLC模型中每個電阻的電導值，C也是對角矩陣，其對角線元素是RLC模型中每個電容的電容值，L也是對角矩陣，其對角線元素是RLC模型中每個電感的電感值，而Ag，Ac, A1和Ai是描述每個元件連接關系的拓撲矩陣，其每行只有兩個非零元(對于接地的元件，只有一個非零元)，其下標g，C，I和i分別表示連接到電阻、電容、電感和獨立電流源的支路。上述微分方程經(jīng)過離散差分之后形成一系列矩陣形式的代數(shù)方程，在數(shù)值領域中已經(jīng)發(fā)展出許多種解法，主要分為兩大類:直接求解器和迭代求解器。由于直接求解器是對矩陣進行分解，然后通過回代求的數(shù)值結果，而對于瞬態(tài)仿真來說，一旦仿真矩陣形成之后，只需一次矩陣分解，后續(xù)的每一時刻的分析就可以通過回代的形式來得到結果，因此對于瞬態(tài)分析來說，直接求解器更容易受到青睞。對于上述微分方程形式化后的代數(shù)矩陣方程，主流的求解方法是對其系數(shù)矩陣進行LU分解，同時衍生出一些列基于重排序技術來減少矩陣分解時的非零元填入，以降低求解器的內(nèi)存消耗，但是對于大規(guī)模的供電網(wǎng)絡瞬態(tài)分析來說，其節(jié)點數(shù)目可達到數(shù)百萬甚至數(shù)億，對其進行瞬態(tài)分析時消耗的內(nèi)存急劇增長。而本實施例通過以下分析方法，極大地降低了瞬態(tài)分析的內(nèi)存消耗，同時也提高了求解的效率。注意到上述微分方程離散差分后的代數(shù)矩陣方程具有稀疏、正定但非對稱的特點，如果采用直接求解方法則必須對電導矩陣進行LU分解，形成兩個矩陣分解因子L和U，其對內(nèi)存的需求非常高。本實施例基于此，將上述微分方程重新形式化，然后進行離散差分形成的代數(shù)矩陣方程具有稀疏、正定且對稱的特點，此時便可優(yōu)選采用高效的喬萊斯基分解求解器Cholmod (關于該求解器的具體內(nèi)容，詳見網(wǎng)址http://www.cise.ufl.edu/research/sparse/cholmod 中的〈〈CH0LM0D: supernodal sparse Cholesky factorizationand update/downdate》),其只需分解得到一個矩陣因子L,極大地節(jié)省了求解器的內(nèi)存，同時也提高了矩陣分解的效率。注意到上述微分方程正是由于引入了額外電感支路的電流變量才導致了形成的代數(shù)矩陣方程的非對稱化，這里通過重新形式化將其消去。首先，對上述微分方程采用離散差分，采用歐拉方式或者梯形方式皆可，為了便于描述，這里暫時采用歐拉差分方式。對于上述微分方程，給定離散步長h，則t時刻與(t+h)時刻的電流電壓關系可以描述為如下矩陣方程
權利要求
1.一種集成電路供電網(wǎng)絡全參數(shù)模型下瞬態(tài)分析方法，其特征在于，包括: 確定步驟，確定待分析的集成電路供電網(wǎng)絡的全參數(shù)模型信息； 建立步驟，基于所述全參數(shù)模型信息建立包含多個獨立子電路的供電網(wǎng)絡拓撲圖； 分析步驟，對所述供電網(wǎng)絡拓撲圖中的各個子電路并行進行直流工作點分析和瞬態(tài)分析得到各個子電路在各個時刻的電路節(jié)點電壓分布。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于， 通過對待分析的集成電路供電網(wǎng)絡的SPICE網(wǎng)表進行掃描來確定該集成電路供電網(wǎng)絡的全參數(shù)模型信息； 基于所述全參數(shù)模型信息建立電路元件與電路節(jié)點之間的鄰接表關系，然后利用所述鄰接表關系構建包含多個獨立子電路的供電網(wǎng)絡拓撲圖。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，在確定該集成電路供電網(wǎng)絡的網(wǎng)絡模型信息的步驟中，進一步 將網(wǎng)絡模型信息中供電源模型的所有電壓源轉(zhuǎn)換成電流源； 識別網(wǎng)絡模型信息中復合吸納電流源模型的電流方向。
4.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，在利用所述鄰接表關系構建包含多個獨立子電路的供電網(wǎng)絡拓撲圖的步驟中，進一步包括: 步驟21，采用并查集將所述鄰接表關系中設定屬性的電路節(jié)點進行等效，所述設定屬性的電路節(jié)點包括短路或通孔電阻小于設定值的電路節(jié)點； 步驟22，將每個等效后的電路節(jié)點所代表的原電路節(jié)點上掛載的吸納電流源進行合并； 步驟23，將執(zhí)行所述步驟22后的每個等效后的電路節(jié)點與未被忽略的電阻建立成連接拓撲圖； 步驟24，采用深度優(yōu)先搜索算法識別出所述連接拓撲圖中無電氣連接關系的各個獨立子電路，以得到供電網(wǎng)絡拓撲圖。
5.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，在所述分析步驟中，進一步包括: 步驟31，對于所述供電網(wǎng)絡拓撲圖中的各個子電路，在第O時刻，對該子電路進行直流工作點分析； 步驟32，在第I時刻，采用歐拉離散差分法構建關于該子電路的RLC模型下的瞬態(tài)分析矩陣以及右端項，然后求解得到該子電路的第I時刻的電路節(jié)點電壓分布； 步驟33，在其他時刻，采用梯形離散差分法構建關于該子電路的RLC模型下的各個時刻的瞬態(tài)分析矩陣以及右端項，然后求解得到該子電路的在各個時刻的電路節(jié)點電壓分布。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，在所述步驟31中，進一步包括: 忽略該子電路中所有的儲能元件，構建關于該子電路的靜態(tài)分析矩陣以及右端項； 利用迭代求解器求解得到該子電路在第O時刻的電路節(jié)點電壓分布，優(yōu)選利用AMGPCG求解器。
7.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，在所述步驟32中，利用以下表達式來表示采用歐拉離散差分法構建關于該子電路的RLC模型下的瞬態(tài)分析矩陣以及右端項，G+l+i)v"(/+A)=_fv"(iXi,(i+A)—為O) 其中，η是供電網(wǎng)絡的電路節(jié)點數(shù)目，vn(t)和vn(t+h)分別是第t時刻和第t+h時刻電路節(jié)點電壓向量，I1 (t)是第t時刻流過電感支路的電流向量，Ii (t+h)是第t+h時刻吸納電流源向量，并且6 == 4，i = 4rL 其中G是對角矩陣，其對角線元素是RLC模型中每個電阻的電導值，C也是對角矩陣，其對角線元素是RLC模型中每個電容的電容值，L也是對角矩陣，其對角線元素是RLC模型中每個電感的電感值，而Ag，Ac, A1和Ai是描述每個元件連接關系的拓撲矩陣，其每行最多有兩個非零元，其下標g，c，I和i分別表示連接到電阻、電容、電感和獨立電流源的支路； 利用迭代求解器求解得到第I時刻的電路節(jié)點電壓分布，優(yōu)選利用AMGPCG求解器。
8.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，在所述步驟33中，利用以下表達式來表示采用梯形離散差分法構建關于該子電路的RLC模型下的各個時刻的瞬態(tài)分析矩陣以及右端項，G +—C+—jvn(i + h)= -G+—C-— v (/) + Af (i, (t + h) + i, (/)) - 2 Af i, (/) 其中，vn⑴和vn(t+h)分別是第t時刻和第t+h時刻電路節(jié)點電壓向量，I1 (t)是第t時刻流過電感支路的電流向量，ii(t)和ii(t+h)分別是第t時刻和第t+h時刻吸納電流源向量，并且G = 4G尖C = A1cCA Z = I 4，其中G是對角矩陣，其對角線元素是RLC模型中每個電阻的電導值，C也是對角矩陣，其對角線元素是RLC模型中每個電容的電容值，L也是對角矩陣，其對角線元素 是RLC模型中每個電感的電感值，而Ag，Ac, A1和Ai是描述每個元件連接關系的拓撲矩陣，其每行最多有兩個非零元，其下標g，c，I和i分別表示連接到電阻、電容、電感和獨立電流源的支路； 利用直接求解器求解得到每個時刻電路節(jié)點電壓分布，優(yōu)選利用Cholmod求解器。
9.一種集成電路供電網(wǎng)絡全參數(shù)模型下瞬態(tài)分析系統(tǒng)，其特征在于，包括: 全參數(shù)模型信息確定模塊，其確定待分析的集成電路供電網(wǎng)絡的全參數(shù)模型信息； 網(wǎng)絡拓撲圖建立模塊，其基于所述全參數(shù)模型信息建立包含多個獨立子電路的供電網(wǎng)絡拓撲圖； 分析模塊，其對所述供電網(wǎng)絡拓撲圖中的各個子電路并行進行直流工作點分析和瞬態(tài)分析得到各個子電路在各個時刻的電路節(jié)點電壓分布。
10.根據(jù)權利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于， 通過對待分析的集成電路供電網(wǎng)絡的SPICE網(wǎng)表進行掃描來確定該集成電路供電網(wǎng)絡的全參數(shù)模型信息； 基于所述全參數(shù)模型信息建立電路元件與電路節(jié)點之間的鄰接表關系，然后利用所述鄰接表關系構建包含多個獨立子電路的供電網(wǎng)絡拓撲圖。
11.根據(jù)權利要求9或10所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述分析模塊中，進一步包括: 直流工作點分析單元，其對于所述供電網(wǎng)絡拓撲圖中的各個子電路，在第O時刻，對該子電路進行直流工作點分析；瞬態(tài)分析單元，其在第I時刻，采用歐拉離散差分法構建關于該子電路的RLC模型下的瞬態(tài)分析矩陣以及右端項，然后求解得到該子電路的第I時刻的電路節(jié)點電壓分布，以及，在其他時刻，采用梯形離散差分法構建關于該子電路的RLC模型下的各個時刻的瞬態(tài)分析矩陣以及右端項，然后 求解得到該子電路的在各個時刻的電路節(jié)點電壓分布。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種集成電路供電網(wǎng)絡全參數(shù)模型下瞬態(tài)分析方法，包括確定步驟，確定待分析的集成電路供電網(wǎng)絡的全參數(shù)模型信息；建立步驟，基于所述全參數(shù)模型信息建立包含多個獨立子電路的供電網(wǎng)絡拓撲圖；分析步驟，對所述供電網(wǎng)絡拓撲圖中的各個子電路并行進行直流工作點分析和瞬態(tài)分析得到各個子電路在各個時刻的電路節(jié)點電壓分布。對于全參數(shù)的電路模型，本發(fā)明建立了可以采用對稱矩陣求解器的線性系統(tǒng)，根據(jù)問題求解的特點，混合采用了直接求解器和迭代求解器。本發(fā)明可以對例如SPICE網(wǎng)表格式全參數(shù)模型下的供電網(wǎng)絡進行快速精確的瞬態(tài)電壓降分析，尤其是在內(nèi)存消耗方面，相比以往的仿真器有著很大程度的提高。
文檔編號G06F17/50GK103207941SQ201310152859
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月27日 優(yōu)先權日2013年4月27日
發(fā)明者蔡懿慈, 周強, 楊建磊 申請人:清華大學