專利名稱：Lsi系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有關(guān)包含LSI的系統(tǒng)的所謂高水平設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法。
LSI迎來(lái)了大轉(zhuǎn)折點(diǎn)。迄今為止，LSI廠家都是通過(guò)傾力于細(xì)微化來(lái)構(gòu)筑CMOS LSI戰(zhàn)略的。但是，時(shí)至今日，僅靠微細(xì)化來(lái)兼顧C(jī)MOS LSI的高速化和低電力化這兩個(gè)方面已經(jīng)比較困難了。(參照“從微細(xì)化轉(zhuǎn)向綜合實(shí)力，再構(gòu)筑CMOS戰(zhàn)略”日經(jīng)微觀設(shè)計(jì)，2000年8月號(hào)，PP.118-121)。
兼顧高速化和低電力化兩個(gè)方面的困難問(wèn)題之一，是泄漏電流的問(wèn)題。
即，如果伴隨著微細(xì)化來(lái)推進(jìn)柵極氧化膜的薄膜化，則柵漏電流劇增，從而不能滿足應(yīng)用設(shè)備的要求。例如，在相當(dāng)于0.15μm規(guī)格的柵極氧化膜厚度為2-2.5nm的產(chǎn)品規(guī)格中，穿過(guò)柵極氧化膜的遂道電流值超過(guò)了移動(dòng)式機(jī)器所要求的數(shù)μA的待機(jī)電流值。另一方面，如果想要按應(yīng)用機(jī)器的要求來(lái)控制待機(jī)電流，則對(duì)高速化來(lái)說(shuō)是必不可少的柵極氧化膜的薄膜化無(wú)法進(jìn)一步提高。這就意味著，要兼顧高速化和低電力化兩方面是極為困難的。
為了達(dá)到以上所述目的，本發(fā)明第一技術(shù)方案的LSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平上設(shè)計(jì)包含LSI的系統(tǒng)的方法，包括對(duì)于構(gòu)成系統(tǒng)的各功能單位，一面評(píng)價(jià)該系統(tǒng)整體的性能及消耗電力，一面決定設(shè)計(jì)條件的步驟；所述步驟是對(duì)所述各功能單位中的至少任意一個(gè)，預(yù)先準(zhǔn)備表示泄漏電流與性能的協(xié)調(diào)關(guān)系的硬件模型，并且一面參照所述硬件模型所表示的協(xié)調(diào)關(guān)系，一面決定該功能單位的設(shè)計(jì)條件。
本發(fā)明的第二技術(shù)方案的LSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，把所述第一技術(shù)方案的LSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)條件設(shè)定為包括電源電壓、閾值電壓以及柵極絕緣膜厚度中的至少任意一個(gè)。
本發(fā)明的第三技術(shù)方案的LSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，把所述第一技術(shù)方案的LSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的硬件模型設(shè)定為包括把閾值電壓作為媒介變數(shù)來(lái)記述由源-漏泄漏電流產(chǎn)生的泄漏電力與性能的關(guān)系的內(nèi)容。
本發(fā)明的第四技術(shù)方案的LSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，把所述第一技術(shù)方案的LSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的硬件模型設(shè)定為包括把電源電壓作為媒介變數(shù)來(lái)記述由柵漏電流產(chǎn)生的泄漏電力與性能的關(guān)系的內(nèi)容。
本發(fā)明的第五技術(shù)方案的LSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，把所述第一技術(shù)方案的LSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的硬件模型設(shè)定為包括把柵極絕緣膜厚度作為媒介變數(shù)來(lái)記述由柵漏電流產(chǎn)生的泄漏電力與性能的關(guān)系的內(nèi)容。
另外，本發(fā)明的第六技術(shù)方案的LSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)裝置，是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平上設(shè)計(jì)包含LSI的系統(tǒng)的裝置，作為對(duì)于構(gòu)成系統(tǒng)的各功能單位，一面評(píng)價(jià)該系統(tǒng)整體的性能及消耗電力，一面決定設(shè)計(jì)條件的裝置，對(duì)所述各功能單位中的至少任意一個(gè)，使用預(yù)先準(zhǔn)備的表示泄漏電流與性能的協(xié)調(diào)關(guān)系的硬件模型，一面參照所述硬件模型所表示的協(xié)調(diào)關(guān)系，一面決定該功能單位的設(shè)計(jì)條件。
另外，本發(fā)明的第七技術(shù)方案的記錄有讓計(jì)算機(jī)執(zhí)行的程序的記錄媒體，作為記錄有用于讓計(jì)算機(jī)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平上設(shè)計(jì)包含LSI的系統(tǒng)的程序的記錄媒體，使計(jì)算機(jī)執(zhí)行對(duì)于構(gòu)成系統(tǒng)的各功能單位，一面評(píng)價(jià)該系統(tǒng)整體的性能及消耗電力，一面決定設(shè)計(jì)條件的步驟；在所述步驟中，對(duì)所述各功能單位中的至少任意一個(gè)，使用預(yù)先準(zhǔn)備的表示泄漏電流與性能的協(xié)調(diào)關(guān)系的硬件模型，一面參照所述硬件模型所表示的協(xié)調(diào)關(guān)系，一面決定該功能單位的設(shè)計(jì)條件。


圖1是表示本實(shí)施例中的構(gòu)成作為設(shè)計(jì)對(duì)象的LSI系統(tǒng)的各功能單位的工作概略的時(shí)間圖。
圖2是表示功能單位D的硬件模型一例的圖。
圖3是表示通過(guò)軟件全部實(shí)現(xiàn)了各功能單位時(shí)的評(píng)價(jià)結(jié)果的圖。
圖4是表示通過(guò)硬件D1實(shí)現(xiàn)了功能單位D時(shí)的評(píng)價(jià)結(jié)果的圖。
圖5是表示通過(guò)硬件D2實(shí)現(xiàn)了功能單位D時(shí)的評(píng)價(jià)結(jié)果的圖。
圖6是綜合圖3～圖5的評(píng)價(jià)結(jié)果的圖。
圖7是表示圖2的各硬件模型的實(shí)現(xiàn)方法的圖。
圖8是表示考慮了柵漏電流的硬件模型，即以電源電壓為媒介變數(shù)的硬件模型一例的圖。
圖9是表示考慮了柵漏電流的硬件模型，即以柵極絕緣膜厚度為媒介變數(shù)的硬件模型一例的圖。
下面簡(jiǎn)要說(shuō)明附圖符號(hào)VDD—電源電壓，Vth—閾值電壓，Tpd—性能，Pleak—由源-漏泄漏電流產(chǎn)生的泄漏電力，Pgleak—由柵漏電流產(chǎn)生的泄漏電力，Tox—柵極絕緣膜厚度。
本實(shí)施例對(duì)含有LSI的系統(tǒng)，在被稱為系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平的高層次上進(jìn)行設(shè)計(jì)。在此，采用被稱為硬件軟件互補(bǔ)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)手法。所謂“硬件軟件互補(bǔ)設(shè)計(jì)”，是指將硬件和軟件摻和在同一系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)計(jì)。具體地說(shuō)，關(guān)于構(gòu)成LSI系統(tǒng)的各功能單位，首先，全部利用使用了CPU的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，評(píng)價(jià)此時(shí)的系統(tǒng)整體的處理時(shí)間。而且，為使處理時(shí)間滿足給定的規(guī)格，按照把功能單位依次置換為適當(dāng)?shù)挠布@樣的順序來(lái)實(shí)行。
圖1是表示構(gòu)成設(shè)計(jì)對(duì)象的LSI系統(tǒng)的各功能單位的工作概況的時(shí)間圖。構(gòu)成LSI系統(tǒng)的各功能單位A，B，C，D按照?qǐng)D1所示的時(shí)間進(jìn)行工作。
而且，本實(shí)施例關(guān)于功能單位D，準(zhǔn)備了表示泄漏電流與性能的協(xié)調(diào)關(guān)系的硬件模型。
圖2是表示功能單位D的硬件模型的一例的圖。在本實(shí)施例中，如圖2(a)所示，作為功能單位D的硬件模型準(zhǔn)備了以閾值電壓Vth作為媒介變數(shù)來(lái)記述源-漏泄漏電流產(chǎn)生的泄漏電力Pleak與性能(延遲)tpd的關(guān)系的列表數(shù)據(jù)。在此，電源電壓及氧化膜厚度，給定的值是一定的。
一般來(lái)說(shuō)，性能tpd以及泄漏電力Pleak按照以下所述的式子來(lái)表示。
式1在此，VDD是電源電壓，C是電容，k、m是常數(shù)，S是平方常數(shù)。因此，在使閾值電壓Vth的值產(chǎn)生變化時(shí)，性能tpd及泄漏電力Pleak沿如圖2(b)所示那樣的曲線變化。
下面，參照?qǐng)D3～圖5就有關(guān)與本實(shí)施例相關(guān)的LSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行說(shuō)明。
首先，如圖3(a)所示，通過(guò)軟件全部實(shí)現(xiàn)了構(gòu)成系統(tǒng)的各功能單位A、B、C、D。圖3(b)、(c)表示此時(shí)的CPU負(fù)載及消耗電力的評(píng)價(jià)結(jié)果。如圖3(b)所示，此時(shí)的處理時(shí)間是“6.0”，如圖3(c)所示，由CPU的泄漏電流產(chǎn)生的耗電量為“6.0”(＝1×6)。
其次，如圖4(a)所示，假設(shè)通過(guò)硬件只實(shí)現(xiàn)了功能單位D。圖4(b)、(c)表示此時(shí)的CPU負(fù)載及消耗電力的評(píng)價(jià)結(jié)果。此時(shí)，如圖4(b)所示，功能單位D的處理時(shí)間tpd從“2.0”縮短到“0.5”，系統(tǒng)整體的處理時(shí)間為“4.5”。另一方面，如圖4(c)所示，由功能單位D的泄漏電流產(chǎn)生的電力消耗新產(chǎn)生出來(lái)，因泄漏電流產(chǎn)生的耗電量，加上CPU的部分為“13.5”(＝(1+2)×4.5)。
再有，如圖5所示，假定通過(guò)硬件D2只實(shí)現(xiàn)了功能單位D。圖5(b)、(c)表示此時(shí)的CPU負(fù)載及消耗電力的評(píng)價(jià)結(jié)果。此時(shí)，如圖5(b)所示，功能單位D的處理時(shí)間tpd為“1.0”，系統(tǒng)整體的處理時(shí)間為“5.0”。另一方面，如圖5(c)所示，因泄漏電流產(chǎn)生的耗電量，加上CPU的部分為“7.5”(＝(1+0.5)×5)。
圖6是綜合了所述評(píng)價(jià)結(jié)果的圖。從圖6可知，在通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)了功能單位D的情況下，因泄漏電流產(chǎn)生的耗電量變得最小，但其反面是使處理時(shí)間變長(zhǎng)。另一方面，在通過(guò)硬件D1實(shí)現(xiàn)了功能單位D的情況下，處理時(shí)間變得最短，但因泄漏電流產(chǎn)生的耗電量卻變得最大。而且，在通過(guò)硬件D2實(shí)現(xiàn)了功能單位D的情況下，比較通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)了功能單位D的情況，由泄漏電流產(chǎn)生的耗電量并不那么大，能縮短處理時(shí)間。參照?qǐng)D6的評(píng)價(jià)結(jié)果，可以結(jié)合想要設(shè)計(jì)的LSI系統(tǒng)的用途和功能，選擇功能單位D的實(shí)現(xiàn)方法和設(shè)計(jì)條件(在此閾值電壓為Vth)。
并且，如圖2所示的閾值電壓Vt的設(shè)定，能通過(guò)VT CMOS等一般的閾值電壓控制技術(shù)來(lái)比較容易地實(shí)現(xiàn)。圖7(a)是對(duì)應(yīng)硬件D1、D2的晶體管電路圖。在硬件D2中，通過(guò)給襯底電位施加偏置電壓，可設(shè)定與硬件D1不同的閾值電壓Vt。而且，圖7(b)、(c)，分別是概念性地表示對(duì)應(yīng)硬件D1、D2的晶體管結(jié)構(gòu)的附圖。在圖7(b)的結(jié)構(gòu)中，晶體管的源極直接連接在襯底接點(diǎn)11上，另一方面，在圖7(c)的結(jié)構(gòu)中，晶體管的源極通過(guò)DC-DC轉(zhuǎn)換器12連接在襯底接點(diǎn)11上。
另外，在此，作為泄漏電流，考慮到了源-漏泄漏電流，對(duì)于柵漏電流也能同樣地考慮。
一般來(lái)說(shuō)，性能tpd及柵漏電流Igleak，通過(guò)以下所述的式子表示。
式2在此，A、n是常數(shù)，VDD是電源電壓，Tox是柵極絕緣膜厚度。從上式可知，柵漏電流Igleak和性能tpd的關(guān)系，能以電源電壓VDD作為媒介變數(shù)來(lái)進(jìn)行記述，另外，也能以柵極絕緣膜厚度Tox作為媒介變數(shù)來(lái)進(jìn)行記述。就是說(shuō)，關(guān)于柵漏電流，能準(zhǔn)備如圖8及圖9所示那樣的硬件模型。
在圖8(a)中，作為功能單位D的硬件模型，表示了以電源電壓VDD作為媒介變數(shù)記述由柵漏電流產(chǎn)生的泄漏電力pgleak與性能tpd的關(guān)系的列表數(shù)據(jù)。在此，設(shè)閾值電壓Vt及柵極絕緣膜厚度Tox，給定的值是一定的。使電源電壓VDD的值變化時(shí)，性能tpd及泄漏電力pgleak沿如圖8(b)所示的曲線變化。
在圖9(a)中，作為功能單位D的硬件模型，表示了以柵極絕緣膜厚度Tox作為媒介變數(shù)記述由柵漏電流產(chǎn)生的泄漏電力pgleak與性能tpd的關(guān)系的列表數(shù)據(jù)。在此，設(shè)電源電壓VDD及閾值電壓Vt給定的值是一定的。使柵極絕緣膜厚度Tox的值變化時(shí)，性能tpd及泄漏電力pgleak沿如圖9(b)所示的曲線變化。
通過(guò)使用如圖8或圖9所示的硬件模型，采用與所述方法同樣的方法進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能進(jìn)行考慮了柵漏電流的高層次設(shè)計(jì)。
并且，本發(fā)明的實(shí)施例的LSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，能通過(guò)配置有執(zhí)行用來(lái)實(shí)現(xiàn)該方法的程序的計(jì)算機(jī)的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。而且，本發(fā)明的實(shí)施例的LSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法能通過(guò)把用于實(shí)現(xiàn)該方法的程序記錄到計(jì)算機(jī)可讀記錄媒體中，并使計(jì)算機(jī)執(zhí)行記錄在該記錄媒體上的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。tpd=k·C×VDD(VDD-Vth)2]]>Pleak=VDD×Ileak=m·exp(-VthS/ln10×VDD)]]>式1tpd＝n×Tox×Cload×VDD/(VDD-Vth)2Ig_leak＝(VDD/Tox)2×exp(-A×Tox/VDD)式權(quán)利要求
1.一種LSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平上設(shè)計(jì)包含LSI的系統(tǒng)，其特征在于包括對(duì)于構(gòu)成系統(tǒng)的各功能單位，一面評(píng)價(jià)該系統(tǒng)整體的性能及消耗電力，一面決定設(shè)計(jì)條件的步驟；所述步驟是對(duì)所述各功能單位中的至少任意一個(gè)功能單位，預(yù)先準(zhǔn)備表示泄漏電流與性能的協(xié)調(diào)關(guān)系的硬件模型；一面參照由所述硬件模型表示的協(xié)調(diào)關(guān)系，一面決定該功能單位的設(shè)計(jì)條件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述設(shè)計(jì)條件包括電源電壓、閾值電壓以及柵極絕緣膜厚度中的至少任意一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述硬件模型包括把閾值電壓作為媒介變數(shù)來(lái)記述由源-漏泄漏電流產(chǎn)生的泄漏電力與性能的關(guān)系的內(nèi)容。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述硬件模型設(shè)包括把電源電壓作為媒介變數(shù)來(lái)記述由柵漏電流產(chǎn)生的泄漏電力與性能的關(guān)系的內(nèi)容。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述硬件模型包括把柵極絕緣膜厚度作為媒介變數(shù)來(lái)記述由柵漏電流產(chǎn)生的泄漏電力與性能的關(guān)系的內(nèi)容。
6.一種LSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)裝置，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平上設(shè)計(jì)包含LSI的系統(tǒng)，其特征在于對(duì)構(gòu)成系統(tǒng)的各功能單位，一面評(píng)價(jià)該系統(tǒng)整體的性能及消耗電力，一面決定設(shè)計(jì)條件；使用針對(duì)所述各功能單位中的至少任意一個(gè)功能單位，預(yù)先準(zhǔn)備的表示泄漏電流與性能的協(xié)調(diào)關(guān)系的硬件模型；一面參照所述硬件模型所表示的協(xié)調(diào)關(guān)系，一面決定該功能單位的設(shè)計(jì)條件。
7.一種記錄有讓計(jì)算機(jī)執(zhí)行的程序的記錄媒體，記錄有讓計(jì)算機(jī)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平上設(shè)計(jì)包含LSI的系統(tǒng)的程序，其特征在于使計(jì)算機(jī)執(zhí)行對(duì)構(gòu)成系統(tǒng)的各功能單位，一面評(píng)價(jià)該系統(tǒng)整體的性能及消耗電力，一面決定設(shè)計(jì)條件的步驟；在所述步驟中，使用針對(duì)所述各功能單位中的至少任意一個(gè)功能單位，預(yù)先準(zhǔn)備的表示泄漏電流與性能的協(xié)調(diào)關(guān)系的硬件模型；一面參照所述硬件模型所表示的協(xié)調(diào)關(guān)系，一面決定該功能單位的設(shè)計(jì)條件。
全文摘要
一種LSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，對(duì)構(gòu)成系統(tǒng)的功能單位，預(yù)先準(zhǔn)備表示泄漏電流與性能的協(xié)調(diào)關(guān)系的硬件模型。在該硬件模型中，例如以閾值電壓Vth作為媒介變數(shù)記述有性能tpd與源－漏泄漏電流pleak的關(guān)系。一面參照這樣的硬件模型所表示的協(xié)調(diào)關(guān)系，一面評(píng)價(jià)系統(tǒng)整體的性能及消耗電力，制定功能單位的設(shè)計(jì)條件。在有關(guān)包含LSI的系統(tǒng)的高水平設(shè)計(jì)中考慮了峰值電流。
文檔編號(hào)G06F17/50GK1435873SQ0210287
公開(kāi)日2003年8月13日 申請(qǐng)日期2002年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月6日
發(fā)明者高橋美和夏, 水野洋, 森脅俊幸, 新出弘紀(jì) 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社