(57)【要約】【課題】ポイント拡散クロックの分配ネットワーク及びクロックの分配方法を提供する。【解決手段】マスタクロックに応答して動作する複数のロードを備えるクロックシステムを複数の領域に分割し、分割された領域にマスタクロックを分配するために、複数の分割領域のそれぞれに配置されて、複数の分配ポイントまたはロードにマスタクロックを供給する複数のクロックポイントと、複数のクロックポイントの間に少なくとも一つずつ配置され、複数のクロックポイントにマスタクロックを伝達する複数の分配ポイントと、を備えるポイント拡散クロックの分配ネットワークである。これにより、高速で動作しつつも、消費電力が減少する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスタクロックに応答して動作する複数のロードを備えるクロックシステムを複数の領域に分割し、分割された領域に前記マスタクロックを分配するポイント拡散クロックの分配ネットワークにおいて、
前記複数の分割領域のそれぞれに配置されて、複数の分配ポイントまたは前記ロードに前記マスタクロックを供給する複数のクロックポイントと、
前記複数のクロックポイントの間に少なくとも一つずつ配置され、前記複数のクロックポイントに前記マスタクロックを伝達する複数の分配ポイントと、を備えることを特徴とするポイント拡散クロックの分配ネットワーク。
【請求項２】
前記マスタクロックは、
前記クロックポイントのうち、何れか一つまたは前記分配ポイントのうち、何れか一つに最初に入力されることを特徴とする請求項１に記載のポイント拡散クロックの分配ネットワーク。
【請求項３】
前記クロックポイントは、
受信されたマスタクロックをバッファリングするバッファ手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のポイント拡散クロックの分配ネットワーク。
【請求項４】
前記分配ポイントは、
受信されたマスタクロックをバッファリングするバッファ手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のポイント拡散クロックの分配ネットワーク。
【請求項５】
前記クロックポイントは、
前記分割領域の中央部分に位置することを特徴とする請求項１に記載のポイント拡散クロックの分配ネットワーク。
【請求項６】
前記クロックポイントと前記分配ポイントとの距離は、ほぼ同じであることを特徴とする請求項１に記載のポイント拡散クロックの分配ネットワーク。
【請求項７】
前記クロックポイントと前記分配ポイントとを連結する電気配線のそれぞれは、
ほぼ同じ抵抗成分及び容量成分を有することを特徴とする請求項１に記載のポイント拡散クロックの分配ネットワーク。
【請求項８】
前記マスタクロックが供給されるポイントは、
前記クロックシステムの中央部分に位置することを特徴とする請求項２に記載のポイント拡散クロックの分配ネットワーク。
【請求項９】
前記クロックポイントの数字は、
４個、９個または１６個のうち、何れか一つであることを特徴とする請求項１に記載のポイント拡散クロックの分配ネットワーク。
【請求項１０】
前記クロックポイントの数が４個または１６個である場合、
前記マスタクロックが最初に供給される所は、前記クロックシステムの中央部分に位置する分配ポイントであることを特徴とする請求項９に記載のポイント拡散クロックの分配ネットワーク。
【請求項１１】
前記クロックポイントの数が９個である場合、
前記マスタクロックが最初に供給される所は、前記クロックシステムの中央部分に位置するクロックポイントであることを特徴とする請求項９に記載のポイント拡散クロックの分配ネットワーク。
【請求項１２】
マスタクロックに対応して動作する複数のロードを備えるクロックシステムにクロックを分配するポイント拡散クロックの分配方法において、
前記クロックシステムを複数の領域に分割するステップと、
前記分割された領域それぞれに少なくとも一つのクロックポイントを配置するステップと、
前記クロックポイントの間に少なくとも一つの分配ポイントを配置するステップと、を含み、
前記クロックポイントは、受信されたマスタクロックを周りに位置する複数の前記分配ポイントまたは前記ロードに伝達し、
前記分配ポイントは、受信されたマスタクロックを周りに位置する複数のクロックポイントに伝達することを特徴とするポイント拡散クロックの分配方法。
【請求項１３】
前記ポイント拡散クロックの分配方法は、
前記クロックポイントのうち、何れか一つまたは前記分配ポイントのうち、何れか一つに前記マスタクロックを最初に供給するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のポイント拡散クロックの分配方法。
【請求項１４】
前記クロックポイントは、
受信されたマスタクロックをバッファリングするバッファリング手段を備えることを特徴とする請求項１２に記載のポイント拡散クロックの分配方法。
【請求項１５】
前記分配ポイントは、
受信されたマスタクロックをバッファリングするバッファリング手段を含むことを特徴とする請求項１２に記載のポイント拡散クロックの分配方法。
【請求項１６】
前記クロックポイントの配置ステップは、
前記少なくとも一つのクロックポイントを前記分割領域の中央部分に配置することを特徴とする請求項１２に記載のポイント拡散クロックの分配方法。
【請求項１７】
前記クロックポイントと前記分配ポイントとの距離を、
ほぼ同じに配置することを特徴とする請求項１２に記載のポイント拡散クロックの分配方法。
【請求項１８】
前記クロックポイントと前記分配ポイントとを連結する電気配線のそれぞれは、
ほぼ同じ抵抗成分及び容量成分を有することを特徴とする請求項１２に記載のポイント拡散クロックの分配方法。
【請求項１９】
前記クロックポイントの数字は、
４個、９個または１６個のうち、何れか一つであることを特徴とする請求項１２に記載のポイント拡散クロックの分配方法。
【請求項２０】
前記クロックポイントの数が４個または１６個である場合、
前記マスタクロックが最初に供給される所は、前記クロックシステムの中央部分に位置する分配ポイントであることを特徴とする請求項１９に記載のポイント拡散クロックの分配方法。
【請求項２１】
前記クロックポイントの数が９個である場合、
前記マスタクロックが最初に供給される所は、前記クロックシステムの中央部分に位置するクロックポイントであることを特徴とする請求項１９に記載のポイント拡散クロックの分配方法。
【請求項２２】
前記マスタクロックが供給されるポイントは、
前記クロックシステムの中央部分に位置することを特徴とする請求項１３に記載のポイント拡散クロックの分配方法。
【請求項２３】
前記ポイント拡散クロックの分配方法は、
ＣＴＳステップをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載のポイント拡散クロックの分配方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスタクロックによって動作するクロックシステムのクロック分配に係り、特に、拡散ポイント及びクロックポイントを利用したポイント拡散クロックの分配ネットワーク及び該ポイント拡散クロックの分配ネットワークで使用するクロックの分配方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来の網状クロック分配ネットワークを示す図である。
図１に示すように、網状クロック分配ネットワークは、クロックを使用する負荷（以下、ロード）が格子状に４個の大きいグループ（Ｉ、II、III及びIV）を形成し、その周りを取り囲んだドライバ（点線で描かれたブロック）を介してクロックが供給される。ドライバは、複数のインバータを備えることが一般的である。各ドライバを介して供給されるクロックは、各グループを取り囲んで共通的に同時に供給される。
【０００３】
網状クロック分配ネットワークは、ロードの配置が不均一であっても、供給されるクロックのスキューがほとんどなくなる。また、クロックのライジングタイム及びフォーリングタイムを速く調節できるため、高速のシステムに適している。ネットワークを製造する工程が変わっても、供給されるクロックの特性がよく変わらない長所があり、クロックを供給するライン間のカップリング問題または伝送線路効果が発生しない。前記のように、従来の網状のクロック分配ネットワーク方式は、スキューの少ないクロックを提供するネットワークを構成する面では長所があるが、電力の消費が多すぎるという短所がある。
【０００４】
図２は、従来のＨ型クロックツリーネットワークを示す図である。
図２に示すように、Ｈ型クロックツリーネットワーク方式は、チップの一点を開始点として、クロックツリー構造でネットワークを構成することであって、一点を基準として太線で描いた４個のＨ字から始まって、Ｈ形態のツリー構造を有するネットワークを構成し続ける。
【０００５】
Ｈ型クロックツリーネットワークは、少数の開始点を中心に電流を供給するため、消費電力が少ないという長所がある。しかし、ネットワークが周辺環境から感じる圧力、温度及び使用電圧によるネットワークの特性変化が大きい。また、ネットワークを実現するためのロードの配置が容易ではなく、さらに伝送線路効果に弱いという短所がある。
【０００６】
図３Ａは、蛇紋岩ネットワークの概念を示す図である。
図３Ｂは、蛇紋岩ネットワークの実施形態を示す図である。
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、蛇紋岩ネットワークは、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）のようなクロックの供給源から供給される複数の太い基本伝送ラインを中心に蛇が移動するような形態でそれぞれの負荷にクロックを供給するネットワークである。
【０００７】
蛇紋岩ネットワークは、Ｈ型クロックツリーネットワークと同様に、消費電力は少ないが、ネットワークが周辺環境から感じる圧力、温度及び使用電圧によってネットワークの特性変化が大きい。また、ネットワークを実現するためのロードの配置が容易ではなく、さらに伝送線路効果に弱いという短所がある。
これらの短所のため、従来の使用中のクロック分配ネットワーク方式は、高速で動作しつつも、消費電力が少ないことを要求する高性能のチップ設計には適していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が達成しようとする技術的課題は、高速で動作しつつも、消費電力が減少するポイント拡散クロックの分配ネットワークを提供することにある。
本発明が達成しようとする他の技術的課題は、高速で動作しつつも、消費電力が減少するポイント拡散クロックの分配方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記技術的課題を達成するための本発明に係るポイント拡散クロックの分配ネットワークは、マスタクロックに応答して動作する複数のロードを備えるクロックシステムを複数の領域に分割し、分割された領域に前記マスタクロックを分配するために、前記複数の分割領域のそれぞれに配置されて、複数の分配ポイントまたは前記ロードに前記マスタクロックを供給する複数のクロックポイントと、前記複数のクロックポイントの間に少なくとも一つずつ配置され、前記複数のクロックポイントに前記マスタクロックを伝達する複数の分配ポイントを備える。
【００１０】
前記他の技術的課題を達成するための本発明に係るポイント拡散クロックの分配方法は、マスタクロックに対応して動作する複数のロードを備えるクロックシステムにクロックを分配するために、前記クロックシステムを複数の領域に分割するステップと、前記分割された領域のそれぞれに少なくとも一つのクロックポイントを配置するステップと、前記クロックポイントの間に少なくとも一つの分配ポイントを配置するステップとを含み、前記クロックポイントは、受信されたマスタクロックを周囲に位置する複数の前記分配ポイントまたは前記ロードに伝達し、前記分配ポイントは、受信されたマスタクロックを周りに位置する複数のクロックポイントに伝達する。
【発明の効果】
【００１１】
前記のように本発明に係るポイント拡散クロックの分配ネットワーク及び拡散クロックの分配方法は、複数のポイントにそれぞれ他の経路あるいは重なった経路を介してマスタクロックが供給されるため、クロックのスキューを最大限に減少させうる。また、重複される経路を利用するため、ネットワークの数も同時に減少させ、したがって、高速で動作させうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明と本発明の動作上の利点及び本発明の実施によって達成される目的を十分に理解するためには、本発明の好ましい実施形態を例示する添付図面及び図面に記載された内容を参照しなければならない。
以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明することにより、本発明を詳細に説明する。各図面に付された同一参照符号は同一部材を表す。
【００１３】
図４乃至図６は、本発明の一実施形態に係るポイント拡散クロックの分配ネットワークにおいて、複数のロードを有するクロックシステムを複数の領域に分割する方法を示す図である。
図４は、クロックシステムを４個の領域に区分する方法を示す図である。
図５は、クロックシステムを９個の領域に区分する方法を示す図である。
図６は、クロックシステムを１６個の領域に区分する方法を示す図である。
【００１４】
図４乃至図６に示すように、本発明の一実施形態に係るポイント拡散クロックの分配ネットワークは、クロックシステムを４個、９個及び１６個の領域に分け、各領域のほぼ中央部分にクロックポイント（円で囲まれたＣＰ）を配置する。ここで点線は、区分される各領域の境界線となり、直線で表示されているが、常に直線のみが有効に使用されうるものではない。
【００１５】
図７は、４個の領域に区分されたクロックシステムに適用された本発明の一実施形態に係るポイント拡散クロックの分配ネットワークの電気的な連結関係を示す図である。
概念及び説明を容易にするために、クロックシステムの全体範囲を示す枠及び領域を区分する点線は省略されている。円の中のＣＰは、クロックポイント（Ｃｌｏｃｋ Ｐｏｉｎｔ）を意味し、四角の中のＤＰは、拡散ポイント（Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｐｏｉｎｔ）を意味する。
【００１６】
外部から印加されるマスタクロックは、クロックシステムの中央部分に位置した１次拡散ポイント７１０に最初に供給される。マスタクロックは、４方向に位置した２次拡散ポイント７２１乃至７２４に伝達され、２次拡散ポイント７２１乃至７２４は、二方向にマスタクロックを伝達して、最終的には４個のクロックポイント７３１乃至７３４に伝達される。拡散ポイントは、一般的に入力されたマスタクロック信号を単純にバッファリングして出力する機能を行う。クロックポイントも、入力されたマスタクロック信号をネットワークの内部に配置されたロードにバッファリングして出力する機能を行う。したがって、拡散ポイントは、隣接する他の拡散ポイントまたはクロックポイントにマスタクロックを供給し、ロードにマスタクロックを供給する所はクロックポイントのみである。
【００１７】
図８は、９個の領域に区分されたクロックシステムに適用された本発明の一実施形態に係るポイント拡散クロックの分配ネットワークの電気的な連結関係を示す図である。
図８に示すように、外部から印加されるマスタクロックは、クロックシステムの中央部分に位置した第一次クロックポイント８１０に最初に供給される。マスタクロックは、４方向に位置した第一次拡散ポイント８２１乃至８２４に伝達される。第一次拡散ポイント８２１乃至８２４は、４方向に位置した第２次拡散ポイント８３１乃至８３４及び第２次クロックポイントのうち、一部の第２次クロックポイント８５２、８５４、８５６、８５８にマスタクロックを伝達する。第２次拡散ポイント８３１乃至８３４は、２方向に位置した第３次拡散ポイント８４１乃至８４８にマスタクロックを伝達する。第３次拡散ポイント８４１乃至８４８は、残りの第２次クロックポイント８５１、８５３、８５５、８５７にマスタクロックを伝達する。
【００１８】
図７及び図８についての説明で記述したように、もし、拡散ポイントとクロックポイントとが適当な距離を維持し、それらを連結する電気線に対称性が許容されれば、印加された最初のマスタクロックと最終的にロードに伝達されるマスタクロックとのスキューはほとんど発生しない。また、対称性または位置の差によって発生しうる若干のスキューも、中間に位置した一つの拡散ポイントを通過しつつ補償されうる。
【００１９】
図９は、１６個の領域に区分されたクロックシステムに適用された本発明の一実施形態に係るポイント拡散クロックの分配ネットワークの電気的な連結関係を示す図である。
図９に示すように、１６個の領域に区分されたクロックシステムは、マスタクロックをクロックシステムの中央に位置した一つの拡散ポイント９１０に印加できるが、前記領域をまた４個の領域に縛って、４個の領域の中央部分に位置する４個の拡散ポイント９２１乃至９２４に同時にマスタクロックを印加してもよい。
前記のように、マスタクロックを使用するクロックシステムのネットワークを決定した後、ＣＴＳ（Ｃｌｏｃｋ Ｔｒｅｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）のような設計補助装置を利用すれば、電力消費及びスキューに対して最適の条件を有するレイアウトが得られる。
【００２０】
以上では、ネットワークの構造について説明したが、前記のように、クロックシステムを複数の領域に区分し、区分された複数の領域にクロックポイント及び拡散ポイントを設置し、一つのクロックポイントまたは一つの拡散ポイントにマスタクロックを最初に印加した後に拡散させて、最終的にロードにマスタクロックを伝達する方法についても類推できる。もちろん、一つのクロックポイントまたは拡散ポイントにマスタクロックを印加する方法以外にも、複数のクロックポイントまたは拡散ポイントにマスタクロックを印加して拡散させる方法も既に説明された。
【００２１】
図１０は、本発明の一実施形態に係るポイント拡散クロックの分配ネットワーク及び拡散クロックの分配方法についてのコンピュータシミュレーション結果を示す図である。
図１０に示すように、シミュレーションは、３６００×３６００μｍ２の規模を有するクロックシステムに対して実施され、入力されたクロックの傾斜は１５０ｐｓであり、１.２Ｖで動作させ、温度は、１２５℃に合わせた。
ここで、ロードの形態は、対称性があるかと対称性がないかとに区分する。実験条件は、１.２Ｖを基準としてさらに高い電圧（１.３５Ｖ）及びさらに低い電圧（１.０５Ｖ）、２５℃を基準として最小−５５℃及び最大１２５℃に対して実験を行った。
消費電力及び遅延時間については、対称性がある場合と対称性がない場合とが類似した結果が得られたが、スキューは、相当な差があったことが分かる。
【００２２】
以上のように、図面及び明細書で最適の実施形態が開示された。ここでは特定の用語が使用されたが、これは単に本発明を説明するための目的で使用されたものであり、意味限定や特許請求の範囲上に記載された本発明の範囲を制限するために使用されたものではない。したがって、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点が理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想により決まらなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、外部から提供されるクロック（マスタクロック）によって動作する回路を備えるあらゆるシステムに適用可能なポイント拡散クロックの分配ネットワークに係り、ネットワークで使用する時に最も効果的なクロックの分配方法である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来の網状のクロック分配ネットワークを示す図である。
【図２】従来のＨ型クロックツリーネットワークを示す図である。
【図３Ａ】蛇紋岩ネットワークの概念を示す図である。
【図３Ｂ】蛇紋岩ネットワークの実施形態を示す図である。
【図４】クロックシステムを４個の領域に区分する方法を示す図である。
【図５】クロックシステムを９個の領域に区分する方法を示す図である。
【図６】クロックシステムを１６個の領域に区分する方法を示す図である。
【図７】４個の領域に区分されたクロックシステムに適用された本発明の一実施形態に係るポイント拡散クロックの分配ネットワークの電気的な連結関係を示す図である。
【図８】９個の領域に区分されたクロックシステムに適用された本発明の一実施形態に係るポイント拡散クロックの分配ネットワークの電気的な連結関係を示す図である。
【図９】１６個の領域に区分されたクロックシステムに適用された本発明の一実施形態に係るポイント拡散クロックの分配ネットワークの電気的な連結関係を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係るポイント拡散クロックの分配ネットワーク及び拡散クロックの分配方法についてのコンピュータシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
７１０    １次拡散ポイント
７２１ないし７２４    ２次拡散ポイント
７３１ないし７３４    クロックポイント
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006197569.tif 000009
【図７】
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【図８】
2006197569.tif 000011
【図９】
2006197569.tif 000012
【図１０】
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