考慮熱電耦合效應(yīng)的芯片延時及溫度特性分析.pdf

1、隨著CMOS器件工藝特征尺寸的減小，熱問題成為深亞微米集成電路設(shè)計中最具挑戰(zhàn)的問題之一。同時，互連延時估計在深亞微米集成電路設(shè)計中也一直備受關(guān)注。一方面，隨著信號上升時間的減小和互連長度的增加，互連電感效應(yīng)越來越重要，而且溫度會影響延時，因此延時模型必須包含互連電感效應(yīng)和互連熱效應(yīng)；另一方面，隨著特征尺寸的減小，集成密度和功耗的增加導(dǎo)致更高的芯片溫度和芯片溫度梯度，進(jìn)而影響延時、功耗以及可靠性等。 本文針對不同的情況提出了兩種延

2、時模型：一種延時模型同時考慮了互連線溫度分布效應(yīng)和電感效應(yīng)對延時的影響，而且是一種解析表達(dá)式；另一種延時模型考慮了互連線的時空溫度分布，也是一種解析表達(dá)式。另外，本文還提出了兩種緩沖器插入功耗優(yōu)化方法：基于延時、功耗和溫度三者之間存在的熱電耦合效應(yīng)，通過在允許的范圍內(nèi)犧牲部分延時來優(yōu)化功耗。第一種方法是利用Matlab軟件求得最佳優(yōu)化結(jié)果；第二種方法是基于HotSpot軟件提出的：功耗和溫度間的反饋在功耗模型與HotSpot軟件結(jié)合運(yùn)算

3、數(shù)次后可以收斂，根據(jù)收斂結(jié)果確定優(yōu)化方向。該方法能模擬出全芯片溫度分布，并且在功耗優(yōu)化過程中能同時兼顧芯片延時、功耗、溫度以及溫度梯度等。這兩種功耗優(yōu)化方法都是考慮溫度的設(shè)計方法，即優(yōu)化過程的每一步都考慮溫度的影響，包括溫度對載流子遷移率、閾值電壓、飽和速度、互連電阻以及功耗等的影響。仿真結(jié)果表明，采用本文所提的兩種延時模型所得到的結(jié)果精度較高，而且仿真效率很高；采用本文所提的兩種功耗優(yōu)化方法優(yōu)化得到的芯片穩(wěn)態(tài)功耗和溫度有顯著降低。另外