3D-IC電源分布網(wǎng)絡(luò)建模與完整性分析.pdf

1、3D-IC技術(shù)的出現(xiàn)為集成電路產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展帶來了新的動(dòng)力，然而，由于3D-IC新的結(jié)構(gòu)特性，電源完整性問題變得更為顯著，并成為制約3D-IC技術(shù)應(yīng)用的主要問題之一。為緩解3D-IC出現(xiàn)的電源完整性問題，需要對(duì)3D-IC電源分布網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行精確的建模，并對(duì)3D-IC電源分布網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面的時(shí)域和頻域分析以了解其各方面特性，最后根據(jù)其各方面特性對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。本文的主要工作如下：1)3D-IC電源分布網(wǎng)絡(luò)建模方面。首先，本文為基于TSV的3D-I

2、C建立了一個(gè)考慮硅襯底效應(yīng)的3D-IC電源分布網(wǎng)絡(luò)分布式模型，該模型由 P/G（Power/Ground）TSV對(duì)模型和片上電源分布網(wǎng)絡(luò)模型組成。電源/地TSV對(duì)模型是在已有模型基礎(chǔ)上，引入凸點(diǎn)和接觸孔的RLGC集總模型而建立的，該模型可以更好地體現(xiàn)電源/地TSV對(duì)的電學(xué)特性；片上電源分布網(wǎng)絡(luò)模型則是基于J. S. Pak[3]提出的模型，通過共形映射法將硅襯底效應(yīng)引入單元模塊模型而建立的，該模型可以有效地反應(yīng)硅襯底對(duì)電源分布網(wǎng)絡(luò)電學(xué)特

3、性的影響。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，本文建立的3D-IC電源分布網(wǎng)絡(luò)模型可以有效、快速地估算3D-IC電源分布網(wǎng)絡(luò)阻抗。其次，本文根據(jù)“Rents Rule”功耗模型[63]，提出了一種探索性的電流分布模型。最后，在考慮封裝、PCB板以及VRM的情況下，本文為3D-IC整體電源分布網(wǎng)絡(luò)建立了集總電路模型。
　　2)3D-IC電源分布網(wǎng)絡(luò)分析方面。首先，在頻域分析方面，本文以基本傅里葉分析算法為基礎(chǔ)，對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，提出了ADFT算法，該算法與H

4、spice瞬態(tài)分析之間的誤差僅有0.093％，并且模擬速度至少提升了10倍。ADFT算法還可以利用多核進(jìn)行并行分析，大大提高了算法的工作效率。其次，在時(shí)域分析方面，本文將電流翻轉(zhuǎn)時(shí)間加入最差噪聲算法的電流約束，并利用Knuth–Yao四邊形不等式法對(duì)最差噪聲算法進(jìn)行了加速，加速后算法的時(shí)間復(fù)雜度從O(n2m)降為O(mn log n)。最后，基于3D-IC電源分布網(wǎng)絡(luò)分布式解析模型以及集總電路模型，本文利用改進(jìn)離散傅里葉變換算法以及最差