(57)【要約】集積回路の電力分布における電圧降下の自動解析方法は、実際の電圧降下の画像データをＩＣの理想版用の予測した理想的な電圧降下の画像データと比較することを含む。この方法は、集積回路の実際の実装に対応する回路表現画像を用いて集積回路の全域に分布した電力に関する実際の電圧降下データを表すことを含む。次に、集積回路の理想的な実装に対応する回路理想画像を用いて、集積回路の全域に分布した電力に関する理想的な電圧降下データを表す。実際の電圧降下データを理想的な電圧降下データと比較し、その比較に応じて、集積回路中の電力分布が所定の電力分布条件を満たすかどうか決定する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路の電力分布における電圧降下を自動的に解析するに当たり、
集積回路の実際の実装に対応する回路表現画像を用いて集積回路の全域に分布した電力に関する実際の電圧降下データを表し、
集積回路の理想的な実装に対応する回路理想画像を用いて集積回路の全域に分布した電力に関する理想的な電圧降下データを表し、
前記実際の電圧降下データと前記理想的な電圧降下データとを比較し、
当該比較に応じて前記集積回路中の電力分布が所定の電力分布条件を満たしているか否か決定することを備えることを特徴とする電圧降下の解析方法。
【請求項２】
電圧降下マッピング手段を用いて回路表現画像を作成することを更に備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記集積回路の回路理想画像が、電圧降下データの比較し得る線形空間不変量分布に基づく請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記回路理想画像を作成することを更に含み、
該回路理想画像を作成する工程が、電力供給電圧を印加するポイントと、前記実際の実装の画像の中央またはその近傍にあるポイントとを含有する境界条件電圧降下ポイントを、当該回路理想画像の少なくとも一つの境界領域および中央領域にマッピングすることを含む請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記回路理想画像を作成することを更に含み、
該回路理想画像を作成する工程が、前記集積回路の実際の実装から境界条件電圧降下ポイントをマッピングして当該回路理想画像の対応領域に関するデータポイントを提供することを含む請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記マッピングの工程が、アルゴリズムを使用して前記回路理想画像の介在領域に関して介在する理想的な電圧降下ポイントをマッピングすることを更に含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記アルゴリズムが、ラプラスアルゴリズムの関数である請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記回路表現画像および前記回路理想画像の少なくとも一つの前記電圧降下データポイントに割り当てられた加重値を含み、
前記比較の工程が、該加重値の減算を用いることを含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記割り当てられた加重値が、前記回路表現画像および前記回路理想画像の少なくとも一つの中心への電圧降下データポイントの近接度の関数として変化する請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記比較の工程が、前記回路表現画像に対応する電圧降下データを解析することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記回路表現画像に対応する電圧降下データを解析する工程が、電圧降下データ中のポイントを、前記回路理想画像用の対応する電圧降下データと比較することを含む請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記解析の工程からの結果を用いてヒストグラムを形成することを更に含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記集積回路中の電力分布が所定の電力分布条件を満たしているか否かを決定する工程が、ヒストグラムを検査することを含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記回路理想画像が、前記集積回路用の電圧降下の色彩勾配表示を含む請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記集積回路用の電圧降下が、前記集積回路の全域にわたる実際の電圧降下に対応する請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路における電圧降下およびその改良回路設計のための解析方法を一般に対象とする。
【背景技術】
【０００２】
集積回路（ＩＣ）は、より小さいＩＣパッケージ中における密度の増大と共により高いデータ処理速度で動作するようより複雑になり続けている。かかる複雑さに加えて、回路中の電力の分布に影響を与えることない電力消費の低減に対する増え続ける要求がある。これらの性能要求に対応するために、現代のＩＣ設計者は、例えば、設計プロセスの大半を自動化することによりＩＣの開発時間の促進に役立ち得るコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ツールを含む種々の道具を用いて設計プロセスを簡略化している。これは、ＩＣを開発するのに必要な時間及びコストを低減し、そして市場においてより競争力のある製品を設計者が創造するのを支援する。
【０００３】
ＩＣ構成要素の大きさの低減に関する一つの設計の検討は、ＩＣ中の電圧降下である。一般に外部電力供給源を、内部ダイ回路に電源パッドセルを介し、リードピンと、該ダイに直接接続したボンドパッドとを経て接続する。通常、薄い金属ワイヤの電力バスグリッド(power-bus grid)を主として用いて電力を電源パッドセルからコアを通じてダイ回路へ送る。
【０００４】
電力バスグリッドを介してダイ回路に分配した電力は、ＩＣ設計者に重大な問題を提示できる。例えば、回路が比較的低レベル電圧で動作することを意図する場合、僅かな電圧降下が不良動作をもたらし得る。ワイヤ、またはダイの領域中のその様な電圧降下は、ワイヤまたは領域が伝導する電流の量並びに対応する内部抵抗に比例する。
【０００５】
従って、ＩＣの電力分布構造中の内部抵抗は、十分な量より多くない電力ルーティングが供給されることを確実にするために多くの精密調査および重要な調査の対象であり、または設計者が適当量の電力ルーティングに関して推測しなければならない。これらの失敗を避けるために、ＩＣ設計者は設計段階から市販の実装されたダイまでの設計プロセスを通して電圧（または“ＩＲ”）降下を管理しようと試みる。設計プロセスの初期において、実際のダイを試験するのが実施可能でない場合、静的解析が重要な設計決定をするのに有益な情報を設計者にもたらすことができる。
【０００６】
かかる静的解析を支援するために、様々な形態のＣＡＤツールが市販されている。これに関して一つの商用されているツールは、例えばカリフォルニア州サンノゼのカデンス（Cadence）より販売されているボルテージストーム（VoltageStorm、商標）のような電力分布／電力グリッド検査ＣＡＤツールである。この種のツールは、ＩＣ設計者による解析のために、ＩＣ設計者が画像へ静的および動的にＩＣの電力消費データを描くことを可能にする。画像を色分けして回路が分布した電力の比較的大きい量を消費する場所を示す。かかるツールの様々な用途が、例えば米国特許第６，７２５，４３４号（設計回路の検証方法）、米国特許第５，８７２，９５２号（シミュレーションを介した集積回路電力網の解析）、および米国特許第６，６７５，１３９号（平面図に基づく電力バス解析および集積回路の設計ツール）に記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
多くのＣＡＤツールと同様に、上述の電力検証ツールは詳細な回路解析をもたらさない。多くの設計用途のために、かかるツールは、電力分布設計が回路仕様毎に適当であるか否かに関してＩＣ設計者が推測することを未だに要求する。その様な推測はしばしば、ＩＣを特定および軽減が困難な多種多様な問題にさらす。その様な限界、並びに時間および他のエンジニアリングコストを克服するために、電力バスグリッドを設計する際に、極めて控えめな電力見積もりを使用することにより、標準的手段がＩＣの電力ルーティングをオーバーデザインしてきた。設計者は通常、電力バスグリッドを通って流れると見積もった電流の量に緩衝係数を乗じて電圧降下問題を回避する。これらの控えめな見積もりは一般に、ＩＣ中で電力を分布するのに実際に必要なものより著しく大きい集積回路を生む。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、信号処理画像化アルゴリズムを使用した集積回路中の電圧降下データの解析方法を対象とする。本発明のこれらのおよび他の態様は、多数の図示した実装および用途に例示されており、それらのいくつかを図に示し、また以下の特許請求の範囲の項に述べる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の様々な態様が、集積回路の電力分布における電圧降下を自動的に解析する方法に適用可能である。該方法は、集積回路の実際の実装に対応する回路表現画像を用いて集積回路の全域に分布した電力用の実際の電圧降下データを示すことを含む。次に、集積回路の理想的な実装に対応する回路理想画像を用いて、集積回路の全域に分布した電力に関する理想的な電圧降下データを表す。実際の電圧降下データを前記理想的な電圧降下データと比較し、そして当該比較に応じて集積回路中の電力分布が所定の電力分布条件を満たすか否か決定する。
【００１０】
本発明の別の態様は、線形の、空間不変量、等価ＩＣ画像の存在を仮定する手段を対象とする。この理想的なＩＣ画像データの電圧降下勾配を算出し、次いで実際のＩＣの電圧降下データ画像の結果と比較する。実際の画像と理想的な画像との間の対応するデータポイントの値が近接する場合、電圧降下データが許容可能である。対応するデータポイントの値が所定の閾値から十分に外れる場合、電圧降下は許容できない。
【００１１】
上記の本発明の概要は、本発明の各例示した実施態様またはあらゆる実装を説明することを目的としていない。以下の図面および詳細な説明は、これらの実施態様をより詳細に例示する。
【００１２】
本発明は、添付の図面に関連して以下の本発明の様々な実施態様の詳細な説明を考慮してより完全に理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は様々な改良および代替形態に修正可能であるが、その特定例を例示目的で図中に示し、そして詳細に説明する。しかしながら、意図するところは本発明を記載された特定の実施例に限定しないことが理解されなければならない。それどころか、意図するところは添付の特許請求の範囲により定義される発明の範囲に含まれる全ての改良物、同等物、および代替物に及ぶ。
【００１４】
本発明は、効果的で適当な電力分布を有するＩＣ設計に有用であると考えられている。本発明はかかる用途に限定される必要はなく、本発明の様々な態様が、本明細書の文章を用いた様々な実施例の検討を通じて認められる。
【００１５】
本発明の実施例に関して、集積回路の電力分布における電圧降下を自動的に分析するための方法を用いる。該方法は、集積回路の実際の実装に対応する回路表現画像を用いて集積回路の全域に分布した電力に関する実際の電圧降下データを表すことを含む。集積回路の理想的な実装に対応した回路理想画像を用いて集積回路の全域に分布した電力に関する理想的な電圧降下データを表す。回路理想画像は、例えば実際のまたは近似した電圧降下データのいくつかを基礎として用いて、回路理想画像の他の部分を作り出し、そして完成させることを含む様々な手段で開発できる。実際の電圧降下データを、理想的な電圧降下データと比較し、そして当該比較に応じて、集積回路中の電力分布が所定の電力分布条件を満たすか否かを決定する。
【００１６】
電圧降下（別名、ＩＲドロップ）マッピングツールを用いて、ＩＣ中に十分な電力が送られることを確実にする。かかるツールは一般に、ＩＣ全域にＩＲドロップ分散の色彩勾配表示を有するＩＣの画像を作成する。理想的には、ＩＲドロップはＩＣ端近傍で最小限に、そして電力分布がＩＣ端部から最も遠いＩＣ中央近傍で最大限であることが期待される。従って、ＩＣ用電力分布領域が同心円に相当する仮定状況において、理想的なＩＲドロップ分散画像は、ダーツボード上のターゲットパターン（または標的）のように見えなければならない。実際のＩＲドロップデータの画像がこの理想的なパターンから逸脱する場合、その不一致がＩＲドロップの判定を困難にする。実際の電圧降下データを理想的な電圧降下データと比較することにより、本発明は視覚的に画像を評価し、主観的に（美術のような技術を用いて）設計改良が可能であるかおよび／または必要であるかを確定することを試みるＩＣ設計者による間違いの可能性を軽減する。このデータの自動化した（例えばコンピュータ支援の）判定は、これら人の解釈における分散および間違いを減らす。
【００１７】
多くのＩＣ用途において、その様な解析を的確に自動化することは、ＩＲドロップ画像中のデータポイントが等間隔または均等分布のどちらでもないために（なぜならば、電子要素が等間隔または均等分布でないので）困難である。別の態様によれば、本発明は、かかる不規則に離間し且つ濃密なＩＲドロップデータポイントから自動的に勾配を計算することを対象にする。より具体的な用途において、かかる自動化計算は、線形の、空間不変量制約のほかに、高速処理用の算術論理演算を用いる現代のデジタル／離散的信号処理（ハードウェアおよび／またはソフトウェア）ツールを含む。
【００１８】
図１は、本発明の一実施態様に従って実際のＩＲドロップデータを自動的に解析するのに用いるための理想的なＩＲドロップ画像を作成するようにＩＲドロップデータポイントをマッピングする方法を示す。該方法は、実際の回路のＩＲドロップ画像を作成することを含む。該画像は、電圧降下を変える領域を示すために色彩勾配を用い、図１では、これらの色彩勾配が異なる斜交平行陰影を用いて示される。例えば、最大電圧降下が斜線領域１１２で生じ、次に大きい電圧降下が対角線の領域１１４で生じ、次に大きい電圧降下が水平線を有する領域１１６で生じ、そしてダイの全域で最小量の電圧降下を有する領域が縦線の領域１１８で生じる。実際のＩＲドロップ画像の中央近傍の電圧降下は、一般的にダイにとって最悪の場合の電圧降下である。実際のＩＲドロップ画像を理想的なデータと比較するために、理想的なＩＲドロップ画像１２０を作成しなければならない。理想的なダイ画像は、マッピングツール１２２に提供しなければならない実際の画像の構造および回路仕様に相当する。
【００１９】
理想的なＩＲドロップ画像が、代表的態様における供給電圧をＩＣに供給するポイントを含む境界条件ポイントをマッピングすることにより作成され、例えばポイントＡを理想的なＩＲドロップ画像にポイントＡ’としてマッピングする。特定の態様において、これらの境界条件データポイントはＩＣ中で最大電圧降下を体験している実際の電圧降下画像からのポイントも含む。マッピングは、実際の画像と理想的な画像との双方の構造が同一であるからグリッド座標を組み込むことができ、またマッピングは、データポイントの位置と、その位置での電圧降下データの値との双方を含む。
【００２０】
一つの具体的な方法によれば、かかる境界条件データポイントのラプラシアン（Laplacian）を用いて理想的なＩＲドロップ画像を完成する。この方法では、上記の抑制を有する画像の２−Ｄ微分が切れ目を有さないように画像を形成する。次に、介在領域中の対応するデータポイントの位置を理想的なＩＲドロップ画像にマッピングし、例えばＣをＣ’とマッピングする。
【００２１】
実際のＩＲドロップ画像を解析するために、実際のＩＲドロップ画像中の各ポイントを理想的なＩＲドロップ画像のそのポイントでの値と比較し、得られたスカラー値を用いてヒストグラムを形成する。ヒストグラムの中央極大部分からの所定分散を除く全ての値は、ＩＣ設計者による追加の検査のためにソフトウェアにより印を付けられる。この解析は更に、単一の所定分散を用いるようにデータポイントを重み付け（加重）することにより支援され得る。もしデータポイントの何れも印付けされない場合、ＩＣはＩＣ仕様の電力要求を満たすと決定される。
【００２２】
図２のフローチャートを参照すると、理想的なＩＲドロップ画像データを実際のＩＲドロップ画像データとの比較のために作成する。ブロック２１０では、マッピングツールを用いてテストする実際のダイのＩＲドロップ画像を作成する。一つの市販されているマッピングツールは、上述したカデンスのボルテージストーム（商標）である。ブロック２２０では、実際のＩＣの回路仕様および境界条件ＩＲドロップデータポイントを用いて対応する理想的なダイの初期の理想的なＩＲドロップ画像を作成する。これら境界条件ＩＲドロップデータポイントは、一般に電力が供給されるダイの端に沿ったデータポイントと、ダイの中心近傍に位置するデータポイントである。ブロック２３０では、境界条件ＩＲデータポイントのラプラシアンを用いて初期の理想的なＩＲドロップ画像を修正して、理想的なダイの端と中心との間の領域中のデータポイントを特定する。ブロック２４０では、理想的なＩＲドロップ画像データのマッピングを、特定された介在データポイントに埋めることにより完成する。随意的に、ブロック２５０では、ＩＲドロップデータポイント用の数値割当を調整して重み付けされた比較を実行することができる。従って、一つの分散閾値を解析したＩＲドロップデータポイントのそれぞれに使用することができ、そしてこれら画像の中心近くのデータポイントをより感度が良いと認識する。次に、実際のＩＲドロップ画像の画像データを理想的なＩＲドロップ画像データとブロック２６０で逐一比較する。ブロック２７０では、もし実際のＩＣのＩＲドロップ画像上のデータポイントが対応する理想的なデータポイントの所定の閾値内に入っていない場合に、実際のＩＲドロップデータポイントに印を付ける。データポイントが印付けされていない場合、ダイはＩＣの電力仕様に従っていると見なされ、そして解析はブロック２８０で完結する。しかしながら、もしデータポイントが実際のＩＲドロップ画像上で印付けされていた場合には、ＩＣ設計者は印付けされたデータポイントを解析し、そしてブロック２９０でＩＣ電力グリッドを再設計または経路変更するかどうか評価する。
【００２３】
本発明の特定の態様をいくつかの詳細な実施態様を参照して説明したが、本発明の精神および範囲を逸脱することなく多くの変更をし得ることを当業者は認識する。本発明の態様を、以下の特許請求の範囲に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例態様による実際の電圧降下回路画像および理想的な電圧降下回路画像の使用を示すデータフロー図である。
【図２】本発明の実施例態様による図１に示すような画像を用いて電圧降下を解析する方法の一実施例を示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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