電源網格的最優化的製作方法

2023-09-11 17:18:15

專利名稱：電源網格的最優化的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及集成電路設計，更具體地說，涉及用於實現電源網格最優化的
方法和/或裝置。
背景技術：
傳統的集成電路(IC)設計試圖儘可能高效率地從封裝腳向電晶體輸送電能並且從封裝腳接地到電晶體。配電網絡應當具有最小的電壓變化和高載流能力。還應提供用於信號路由的間隔，並且需要在作為配電網絡的相同金屬層上連接。使用大量金屬來形成配電網絡實現了前兩個目的(即，最小的電壓變化和高載流能力)。然而，前兩個目的的解決經常以犧牲第三個目的(即，信號路由)為代價。傳統布局和布線CAD工具使用規則間隔且寬度相同的電源網格。規則間隔且寬度相同的電源網格易於實現。規則間隔且寬度相同的電源網格可以使用與設計要求同樣多或同樣少的用於電源和地線布線的金屬。通過選擇寬度相同和間距相同的金屬以將在電源與 IC上的電晶體之間提供適當的低電阻。局部電源連接必須是一致的，因為布置在附近的電路更有可能彼此進行通信。隨著電路變得越來越接近，在電路的各個電源之間的電壓匹配則變得越來越重要。規則的電源網格有助於電壓匹配，因為規則的電源網格可以提供無間斷的平滑的電壓梯度。然而，具有預布線電源網格的預布線電路和僅在周邊附近的電源連接可以形成間斷。如果將用於預布線電路的信號接口設計為對由於電源電壓水平所導致的定時不準確是穩健的，則間斷的形成則是較不重要的。封裝腳電源和地線布局也必須對PC板設計者與IC設計者的需要進行平衡。通常根據所選擇的封裝技術來進行折中。當使用導線接合封裝時，電源連接線和接地線從IC的邊緣延伸並在整個IC上提供電源連接線和接地線。在倒裝晶片封裝中，電源連接線和接地線可以在晶片更中心的位置進行連接。然而，再分布層卻會帶來可以使電源連接線中的對稱性和規則性消失的限制因素。晶片上規則配電網格以及不規則布置的點源(S卩，電源和地線IO連接線)的使用可確保在整個晶片上的電源和接地電壓的不規則性。如果將IC的電晶體設計成均勻布置的電能消耗品，則使用傳統導線接合封裝的IC將在晶片的中部具有電壓降。僅在周邊附近的點上保持該電壓。可以將電壓降看作是來自在網絡邊緣附近的一些點的網狀網絡。傳統電源和地線布線使用非常規則的網格。然而，電源網狀網絡(即，網格)中的電流分析示出電流從在IC的中部幾乎為零以指數方式增加至在電源IO連接線處的最大值。在IC上的金屬布線具有一定量的電阻。由金屬布線的電阻所造成的影響不能完全消除。由於高電流，在電源連接線附近出現大量的總電壓降。期望具有一種用於對電源網格進行最優化的方法和/或裝置，其減小金屬電阻對電源網格的影響。

發明內容
本發明涉及一種在包含第一導電材料層和第二導電材料層的集成電路中的全局配電網絡。第一導電材料層可以(i)連接到一個或多個電源，並且(ii)被配置為形成網狀網絡的多個第一導軌。第一導軌可以(a)向集成電路的核心邏輯的一個或多個元件供電， (b)與集成電路的第一軸對準，(c)對一個或多個參數進行配置，使得網狀網絡從集成電路周邊沿第一軸到集成電路的中心具有均勻的電壓梯度。第二層導電材料可以(i)連接到一個或多個電源，並且(ii)被配置為形成網狀網絡的多個第二導軌。第二導軌可以(a)向核心邏輯的一個或多個元件供電，(b)與集成電路的第二軸對準，(c)對一個或多個參數進行配置，使得網狀網絡從集成電路周邊沿第二軸到集成電路的中心具有均勻的電壓梯度。本發明的目的、特徵和優點包括提供一種用於對集成電路的全局電源網格進行最優化的方法和/或裝置，其可以⑴增加有效的電源布線密度，(ii)減小在電源附近的電源布線電阻，(iii)考慮電流在電源附近以指數方式增加，(iV)考慮在信號路由可能更密集並且可能需要更多的布線資源處(例如，在IC的中部而不是接近IC的邊緣)的信號路由標準，(ν)考慮在IC的每個區域的最大電流衝擊需求，(vi)考慮局部電源電壓降，使得電源代表具有最小間斷的平滑梯度，(vii)關於金屬化密度解決配電，(viii)使用在IC的邊緣附近的用於配電的信號路由資源，(ix)使用局部電源網格來改進由自動布局和布線工具所使用的信號路由資源，(χ)提供用於使核心邏輯的IR(電壓)降最小化的最佳電源密度的系統描述，(xi)不受電路布局的限制，和/或(xii)通過加入更寬或更密間隔的電源布線(電流更大)來減輕電源導軌中的電遷移問題。


從以下詳細描述和所附權利要求以及附圖，本發明的這些和其它目的、特徵和優點將變得顯而易見，其中圖1是IC電源的通用一維模型的示圖；圖2是根據本發明實例實施方式的具有不同寬度的電源導軌的實例電源網狀網絡的示圖；圖3是多個金屬層的實例實施方式的截面圖；圖4是根據本發明另一實例實施方式的具有不同間距的電源導軌的實例電源網狀網絡的示圖；圖5是示出利用本發明實施方式疊加兩個或多個較簡單的電源網狀網絡以形成更複雜配電網絡的示圖；圖6是根據本發明又一實例實施方式的實例電源網狀網絡的示圖，其中電源網絡的垂直電源導軌和/或水平電源導軌中的一些不在集成電路晶片的全部表面上延伸；圖7是根據本發明再一實施方式對集成電路的電源網格進行最優化的方法的流程圖。
具體實施例方式本發明總體上提供一種用於實施不規則間距和/或不規則尺寸(例如，寬度)的電源布線以對向集成電路(IC)中的核心邏輯供電的全局電源布線資源進行最優化的方法。集成電路也可以稱為晶片或晶片。本發明可以對信號路由資源、局部和/或全局頂降、 和/或IC的可變腳位置之間相互矛盾的需求進行平衡。通常，增加電源連接線附近的電源布線寬度有助於改善局部和全局頂降。在一個實例中，本發明可以提供用於使集成電路的核心邏輯的全局IR(電壓)降最小化的最佳情況的全局電源密度的系統描述。在一個實例中，可以提供在無需進行代價高(例如，關於時間和計算能力)的二次分析並且無需基於行的標準單元或者門陣列電路布局的系統描述。根據本發明的全局電源布線的優化通常不受電路布局的限制。除集成電路的一個或多個底層基於行的電源網絡之外，通常實施根據本發明的全局電源布線。基於行的底層電源網格可被配置為適應特定集成電路設計的特定單元(例如，標準單元、門陣列等)的尺寸和/或布局中的變化。全局電源布線通常連接(例如，使用孔)到基於行的底層電源網格。基於行的低水平的電源網格通常將電力從全局電源布線傳輸至核心電路的各種組件。通常，關於金屬化密度，可以對IC的核心邏輯的全局配電進行處理。根據本發明的金屬化密度法，可以提供可變間距和/或可變寬度方法的簡單開發。根據本發明的金屬化密度法，也可以提供在整個IC上可是不連續的局部電源網格。局部電源網格可以改進在 IC的中心由自動布局和布線工具所使用的信號路由資源。局部電源網格也可以利用在集成電路周圍用於配電的信號路由資源。然而，對用於電源布線的金屬的使用存在著一些實際限制。信號軌道也可以通過金屬布線進行連接。低水平電源網格(也稱為「局部電源網狀網絡」)可以是使相應行(例如，金屬層 1和/或金屬層幻中的單元之間的電源和地線相互連接的底層金屬層。許多局部電源網狀網絡設計通常具有規則布局以允許單元位於均勻隔開的行中。行可以僅通過布局來適應自動電源和地線連接。其它局部電源網狀網絡可以具有更複雜的布局以符合特定用途的標準。全局電源布線(也稱為「全局電源網狀網絡」)通常包括在晶片上的所有其它電源布線。全局電源網格可以包括但不限於所有金屬層，並且包括用於電源和接地的最上層。 晶片設計中所使用的金屬層的數量可以根據許多因素(例如，成本、布線密度標準等)而發生變化。通常，可以將最上面的金屬層製造地比下面的金屬層厚從而提供低電阻布線。通常，將最上面的金屬層昂貴地用於全局電源布線。中間的金屬層也可以用於大量的全局電源布線。全局電源網狀網絡和局部電源網狀網絡通常以規則的間隔與金屬間層孔疊板相連接，金屬間層使IC上的所有電源和地線相互連接。在一些實施方式中，所有其他金屬層可以具有相對於IC的邊緣的主方向(例如， 水平方向和垂直方向)。例如，偶數的金屬層可以主要地垂直地布線而奇數的層可以平行地布線，反之亦然。在一些實施方式中，如果全局布線包括多個金屬層，那麼水平金屬層可以相互複製並且垂直層可以相互複製。可以按規則的間隔來布置孔疊板，從而使在不同層上的電源軌道和地線軌道相互連接。即使僅將最上面的一些(例如，兩層)層用於所有的全局電源布線，也可以以規則的間隔從全局電源網格向下至局部電源布線形成孔疊板，從而使IC上的所有電源和地線相互連接。參照圖1，示出了說明電源導軌50的通用一維模型的實例的示圖。電源導軌50顯示在電源附近實施電源網格的密集金屬布線。電源導軌50可以設計成包括電阻器R0-R3和電流吸收器10-13。經過電源導軌50的每個部分的局部頂降通常從電源進一步增加。在表1中示出了多種金屬電阻R0-R3的頂降的實例
表 權利要求
1.一種在集成電路中的全局配電網絡，包括第一導電材料層，(i)連接至一個或多個電源，並且(ii)被配置為形成網狀網絡的多個第一導軌；其中，所述第一導軌(a)為所述集成電路的核心邏輯的一個或多個組件供電，(b)與所述集成電路的第一軸對準，以及(c)對一個或多個參數進行配置，使得所述網狀網絡從所述集成電路的周邊沿所述第一軸到所述集成電路的中心具有均勻電壓梯度；以及第二導電材料層，(i)連接至所述一個或多個電源，並且(ii)被配置為形成所述網狀網絡的多個第二導軌，其中，所述第二導軌(a)為所述核心邏輯的一個或多個組件供電， (b)與所述集成電路的第二軸對準，以及(c)對一個或多個參數進行配置，使得所述網狀網絡從所述集成電路的周邊沿所述第二軸到所述集成電路的中心具有均勻電壓梯度。
2.根據權利要求1所述的全局配電網絡，其中，(i)所述多個第一導軌的一個或多個參數包含所述多個第一導軌的每個的寬度，( )當所述第一導軌位於更接近所述集成電路的中心時，所述多個第一導軌的每個的所述寬度變細，使得位於最接近所述集成電路的中心的第一導軌具有最細的寬度，並且最接近所述集成電路的周邊的第一導軌具有最粗的寬度。
3.根據權利要求1所述的全局配電網絡，其中，(i)所述多個第二導軌的所述一個或多個參數包含所述多個第二導軌中的每個的寬度，並且(ii)當第二導軌位於更接近所述集成電路的中心時，所述多個第二導軌的每個的所述寬度變細，使得位於最接近所述集成電路的中心的第二導軌具有最細的寬度，並且最接近所述集成電路的周邊的第二導軌具有最寬的寬度。
4.根據權利要求1所述的全局配電網絡，其中(i)所述多個第一導軌的一個或多個參數包含在所述多個第一導軌的每個之間的間距，並且(ii)在所述多個第一導軌中的每個之間的所述間距向所述集成電路的中心變大，使得位於最接近所述集成電路的中心的第一導軌在所述第一導軌之間具有最大間距，並且最接近所述集成電路的周邊的第一導軌在所述第一導軌之間具有最小間距。
5.根據權利要求1所述的全局配電網絡，其中(i)所述多個第二導軌的所述一個或多個參數包含在所述多個第二導軌中的每個之間的間距，並且(ii)所述多個第二導軌的每個之間的所述間距向所述集成電路的中心變大，使得位於最接近所述集成電路的中心的第二導軌在所述第二導軌之間具有最大間距，並且最接近所述集成電路的周邊的第二導軌在所述第二導軌之間具有最小間距。
6.根據權利要求1所述的全局配電網絡，其中，所述一個或多個參數包含所述多個第一導軌、所述多個第二導軌、或者所述多個第一導軌與所述多個第二導軌的組合的金屬化也/又。
7.根據權利要求1所述的全局配電網絡，其中，所述全局配電網絡連接至所述集成電路的基於行的底層電源網格。
8.根據權利要求1所述的全局配電網絡，其中，(i)所述多個第一導軌具有非均勻的間距、非均勻的寬度、或者非均勻的間距和非均勻的寬度兩者，( )所述多個第二導軌具有非均勻的間距、非均勻的寬度、或者非均勻的間距和非均勻的寬度兩者，(iii) 一個或多個所述第一導軌不在所述集成電路的整個表面上延伸，並且(iv) —個或多個所述第二導軌不在所述集成電路的整個表面上延伸。
9.一種用於對在集成電路中的全局配電網絡進行優化的方法，包括(A)設計第一導電材料層，所述第一導電材料層(i)連接到一個或多個電源，並且(ii) 被配置為形成網狀網絡的多個第一導軌，其中所述第一導軌(a)為所述集成電路的核心邏輯的一個或多個組件供電，並且(b)與所述集成電路的第一軸對準；(B)設計第二導電材料層，所述第二導電材料層(i)連接到所述一個或多個電源，並且 ( )被配置為形成所述網狀網絡的多個第二導軌，其中，所述第二導軌(a)為所述核心邏輯的一個或多個組件供電，並且(b)與所述集成電路的第二軸對準；以及(C)更改(i)所述第一導軌、(ii)所述第二導軌、(iii)或者所述第一導軌與所述第二導軌的組合的一個或多個參數，使得所述網狀網絡從所述集成電路的周邊沿所述第一軸、 所述第二軸或者沿所述第一軸和所述第二軸兩者到所述集成電路的中心具有均勻的電壓梯度。
10.根據權利要求9所述的方法，其中(i)所述多個第一導軌的所述一個或多個參數包含所述多個第一導軌的每個的寬度，並且(ii)當所述第一導軌位於更接近所述集成電路的中 心時，所述多個第一導軌的每個的所述寬度變細，使得最接近所述集成電路的中心的第一導軌具有最細的寬度，並且最接近所述集成電路的周邊的第一導軌具有最粗的寬度。
11.根據權利要求9所述的方法，其中，(i)所述多個第二導軌的所述一個或多個參數包含所述多個第二導軌的每個的寬度，並且(ii)當所述第二導軌位於更接近所述集成電路的中心時，所述多個第二導軌的每個的所述寬度變細，使得最接近所述集成電路中心的第二導軌具有最細的寬度，並且最接近所述集成電路周邊的第二導軌具有最粗的寬度。
12.根據權利要求9所述的方法，其中，(i)所述多個第一導軌的所述一個或多個參數包含在所述多個第一導軌的每個之間的間距，並且(ii)在所述多個第一導軌的每個之間的所述間距向所述集成電路的中心變大，使得位於最接近所述集成電路的中心的第一導軌在所述第一導軌之間具有最大間距，並且最接近所述集成電路的周邊的第一導軌在所述第一導軌之間具有最小間距。
13.根據權利要求9所述的方法，其中，(i)所述多個第二導軌的所述一個或多個參數包含在所述多個第二導軌的每個之間的間距，並且(ii)在所述多個第二導軌的每個之間的所述間距向所述集成電路的中心變大，使得最接近所述集成電路的中心的第二導軌在所述第二導軌之間具有最大的間距，並且最接近所述集成電路的周邊的第二導軌在所述第二導軌之間具有最小的間距。
14.根據權利要求9所述的方法，其中所述一個或多個參數包含所述多個第一導軌、所述多個第二導軌、或者所述多個第一導軌和所述多個第二導軌的組合的金屬化密度。
15.根據權利要求9所述的方法，其中，所述多個第一導軌、所述多個第二導軌、或者所述多個第一導軌和所述多個第二導軌的組合的所述一個或多個參數被更改從而使最壞情況的局部電源電壓降最小化。
16.根據權利要求9所述的方法，其中，所述方法還包括(D)將兩個或多個所述網狀網絡重疊在一起從而建立組合的網狀網絡，其中，對來自每個所述網狀網絡的所述一個或多個參數中的每個進行更改，從而最優化組合的網狀網絡。
17.根據權利要求9所述的方法，其中，(i)所述多個第一導軌具有非均勻的間距、非均勻的寬度、或者非均勻的間距和非均勻的寬度兩者，(ii)所述多個第二導軌具有非均勻的間距、非均勻的寬度、或者非均勻的間距和非均勻的寬度兩者，(iii) 一個或多個所述第一導軌不在所述集成電路的整個表面上延伸，並且(iv) —個或多個所述第二導軌不在所述集成電路的整個表面上延伸。
18.一種設計工具，包含存儲在計算機可讀介質上的計算機可執行指令，所述計算機可執行指令被配置為使得計算機執行以下步驟(A)接收用於限定第一導電材料層的一個或多個參數的用戶輸入，所述第一導電材料層(i)連接到一個或多個電源並且(ii)被配置為形成網狀網絡的多個第一導軌，其中，所述第一導軌(a)為集成電路的核心邏輯的一個或多個組件供電，並且(b)與所述集成電路的第一軸對準；(B)接收用於限定第二導電材料層的一個或多個參數的用戶輸入，所述第二導電材料層(i)連接到所述一個或多個電源並且(ii)被配置為形成所述網狀網絡的多個第二導軌， 其中，所述第二導軌(a)為所述核心邏輯的一個或多個組件供電，並且(b)與所述集成電路的第二軸對準；以及(C)基於所述用戶輸入對(i)所述第一導軌、(ii)所述第二導軌、(iii)或者所述第一導軌和所述第二導軌的組合的所述一個或多個參數進行更改，使得所述網狀網絡從所述集成電路的周邊沿所述第一軸、所述第二軸、或者沿所述第一軸和所述第二軸到所述集成電路的中心具有均勻的電壓梯度。
19.根據權利要求18所述的設計工具，其中，(i)所述多個第一導軌的所述一個或多個參數包含所述多個第一導軌的每個的寬度，並且(ii)當所述第一導軌位於更接近所述集成電路的中心時，所述多個第一導軌的每個的所述寬度變細，使得位於最接近所述集成電路的中心的第一導軌具有最細的寬度，並且最接近所述集成電路的周邊的第一導軌具有最粗的寬度。
20.根據權利要求18所述的設計工具，其中(i)所述多個第二導軌的所述一個或多個參數包含所述多個第二導軌的每個的寬度，並且(ii)當所述第二導軌位於更接近所述集成電路的中心時，所述多個第二導軌的每個的所述寬度變細，使得位於最接近所述集成電路的中心的第二導軌具有最細的寬度，並且位於最接近所述集成電路周邊的第二導軌具有最粗的寬度。
全文摘要
本發明涉及電源網格最優化。在集成電路中的全局配電網絡包括第一導電材料層和第二導電材料層。第一導電材料層可以(i)連接到一個或多個電源，並且(ii)被配置為形成網狀網絡的多個第一導軌。第一導軌可以(a)為集成電路的核心邏輯的一個或多個元件供電，(b)與集成電路的第一軸對準，(c)對一個或多個參數進行配置，使得網狀網絡從集成電路的周邊沿第一軸到集成電路的中心具有均勻電壓梯度。第二導電材料層可以(i)連接到一個或多個電源，並且(ii)被配置為形成網狀網絡的多個第二導軌。第二導軌可以(a)為核心邏輯的一個或多個元件供電，(b)與集成電路的第二軸對準，(c)對一個或多個參數進行配置，使得網狀網絡從集成電路的周邊沿第二軸到集成電路的中心具有均勻的電壓梯度。
文檔編號G06F17/50GK102280446SQ20111015439
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月9日 優先權日2010年6月9日
發明者喬納森·W·伯恩, 傑弗裡·S·布朗, 馬克·F·特納 申請人:Lsi公司