專利名稱：一種片上供電網(wǎng)絡(luò)仿真中電導(dǎo)矩陣構(gòu)造方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及ー種片上供電網(wǎng)絡(luò)仿真中電導(dǎo)矩陣構(gòu)造方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在超大規(guī)模集成電路中，高效、精確的供電網(wǎng)絡(luò)的分析方法，對供電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)優(yōu)化有著重要的意義。供電網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化流程一般是在當(dāng)前設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)仿真分析的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，得到下一歩的設(shè)計(jì)。重復(fù)這樣的流程直到得到ー個合理的設(shè)計(jì)效果，這種迭代的仿真-優(yōu)化過程是非常耗時的，而其中的仿真過程占了很大的時間比例。因此，ー個快速高效的供電網(wǎng)絡(luò)仿真器成為供電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)優(yōu)化的核心。目前廣泛使用的供電網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是ー個網(wǎng)格狀的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，供電網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)仿真分析是針對ー個純電阻網(wǎng)絡(luò)模型，采用經(jīng)典的結(jié)點(diǎn)分析方法，建立ー個大規(guī)模的線性方程組，通過求解這個線性方程組可得到所有結(jié)點(diǎn)的電壓值。供電網(wǎng)絡(luò)的瞬態(tài)分析通常是針對包含電阻、電容和電感的模型，將儲能元件電容和電感進(jìn)行離散化，離散化后的電容和電感元件都可以等效為ー個常數(shù)電阻并聯(lián)ー個電流源，電流源的大小可以根據(jù)上一個時間點(diǎn)的仿真結(jié)果得到，通過求解每個時間點(diǎn)上的電路結(jié)點(diǎn)電壓響應(yīng)，即可得到供電網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)電壓的動態(tài)變化，因此供電網(wǎng)絡(luò)的瞬態(tài)仿真是一系列的靜態(tài)仿真，實(shí)質(zhì)上就是求解一系列的線性方程組。供電網(wǎng)絡(luò)可以看作為由供電金屬走線形成的電阻支路和金屬走線交叉點(diǎn)形成的結(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)，通過基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫電流定律，整個網(wǎng)絡(luò)的電學(xué)特性滿足一系列的線性方程組，此線性方程組可以形式化為矩陣方程，該矩陣方程中的系數(shù)矩陣即為點(diǎn)到矩陣。通過先進(jìn)的稀疏線性系統(tǒng)求解技術(shù)可以快速地得到該線性系統(tǒng)的供電網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)電壓向量。由于現(xiàn)代供電網(wǎng)絡(luò)不僅規(guī)模很大，而且結(jié)構(gòu)也相當(dāng)復(fù)雜，如何快速構(gòu)建供電網(wǎng)絡(luò)仿真中的電導(dǎo)矩陣成為提高仿真器仿真速度的關(guān)鍵問題之一。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種片上供電網(wǎng)絡(luò)仿真中電導(dǎo)矩陣構(gòu)造方法及系統(tǒng)。本發(fā)明提供了ー種片上供電網(wǎng)絡(luò)仿真中電導(dǎo)矩陣構(gòu)造方法，包括步驟I，將屬于電源網(wǎng)上的結(jié)點(diǎn)散列到電源網(wǎng)散列表HASHvdd中，將屬于地網(wǎng)上的結(jié)點(diǎn)散列到地網(wǎng)散列表HASHgnd中；建立集合^^=,集合，集合s- = O ，集合5隱=S^sUS=以及集合S伽=S=US= O電源網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)集合，為地網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)集合，巧^為與電源網(wǎng)上供電電壓端有關(guān)的結(jié)點(diǎn)集合，&づ為與地網(wǎng)上供電接地端有關(guān)的結(jié)點(diǎn)集合，為與電源網(wǎng)上吸納電流源有關(guān)的結(jié)點(diǎn)集合，為與地網(wǎng)上吸納電流源有關(guān)的結(jié)點(diǎn)集合，為電源網(wǎng)上除和中結(jié)點(diǎn)之外的結(jié)點(diǎn)集合，$=為地網(wǎng)上除和中結(jié)點(diǎn)之外的結(jié)點(diǎn)集合，為電源網(wǎng)上的電阻集合，”=為地網(wǎng)上的電阻集合；步驟2，得到解析后的SIPCE網(wǎng)表中的元件和結(jié)點(diǎn)的鄰接關(guān)系；步驟3，根據(jù)所述鄰接關(guān)系建立電路連接拓?fù)鋱D；
步驟4，根據(jù)所述電路連接拓?fù)鋱D構(gòu)造電導(dǎo)矩陣。在一個示例中，步驟2中，元件均指向該元件兩端的結(jié)點(diǎn)。在一個示例中，步驟3和步驟4之間還包括步驟31，利用并查集進(jìn)行結(jié)點(diǎn)等效；步驟32，合并吸納電流源。在一個示例中，步驟32和步驟4之間還包括步驟33，識別片上供電網(wǎng)絡(luò)中的獨(dú)立子電路，以求解和分析該獨(dú)立子電路。在一個示例中，該電導(dǎo)矩陣構(gòu)造方法還包括步驟5，建立矩陣方程并求解。本發(fā)明提供了ー種片上供電網(wǎng)絡(luò)仿真中電導(dǎo)矩陣構(gòu)造系統(tǒng)，包括集合建立模塊，用于將屬于電源網(wǎng)上的結(jié)點(diǎn)散列到電源網(wǎng)散列表HASHvdd中，將屬于地網(wǎng)上的結(jié)點(diǎn)散列到地網(wǎng)散列表HASHgnd中；建立集合^^ = S:眞:dde，集合
^pad = ^pad ^ ^ pad ,集合ズ=S· I I SS"d ,集合 Y - ^vdd I I 以及集合マ-Vvdd I I VSnd ·
°pin り。pin^cross ~ ^cross ^cross^wire ~ ^wire ^wire
為電源網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)集合，為地網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)集合，&^為與電源網(wǎng)上供電電壓端有關(guān)的結(jié)點(diǎn)集合，&づ為與地網(wǎng)上供電接地端有關(guān)的結(jié)點(diǎn)集合，為與電源網(wǎng)上吸納電流源有關(guān)的結(jié)點(diǎn)集合為與地網(wǎng)上吸納電流源有關(guān)的結(jié)點(diǎn)集合,為電源網(wǎng)上除5^和^中結(jié)點(diǎn)之外的結(jié)點(diǎn)集合，為地網(wǎng)上除和巧:f中結(jié)點(diǎn)之外的結(jié)點(diǎn)集合，為電源網(wǎng)上的電阻集合，為地網(wǎng)上的電阻集合；鄰接關(guān)系獲取模塊，用于得到解析后的SIPCE網(wǎng)表中的元件和結(jié)點(diǎn)的鄰接關(guān)系；拓?fù)鋱D建立模塊，用于根據(jù)所述鄰接關(guān)系建立電路連接拓?fù)鋱D；電導(dǎo)矩陣構(gòu)造模塊，用于根據(jù)所述電路連接拓?fù)鋱D構(gòu)造電導(dǎo)矩陣。在一個示例中，元件均指向該元件兩端的結(jié)點(diǎn)。在一個示例中，該電導(dǎo)矩陣構(gòu)造系統(tǒng)還包括結(jié)點(diǎn)等效模塊，用于利用并查集進(jìn)行結(jié)點(diǎn)等效；電流源合并模塊，用于合并吸納電流源。在一個示例中，該電導(dǎo)矩陣構(gòu)造系統(tǒng)還包括獨(dú)立子電路識別模塊，用于識別片上供電網(wǎng)絡(luò)中的獨(dú)立子電路，以求解和分析該獨(dú)立子電路。在一個示例中，該電導(dǎo)矩陣構(gòu)造系統(tǒng)還包括求解模塊，用于建立矩陣方程并求解。本發(fā)明可以快速準(zhǔn)確地讀取SPICE格式的供電網(wǎng)絡(luò)電路網(wǎng)表，將供電網(wǎng)絡(luò)中的電學(xué)元件以及結(jié)點(diǎn)信息存儲到方便快捷的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中；然后，在供電網(wǎng)絡(luò)特有的幾何拓?fù)湫再|(zhì)基礎(chǔ)上，根據(jù)結(jié)點(diǎn)分析方法的原理，采用高效的電路構(gòu)建器將供電網(wǎng)絡(luò)建立成仿真矩陣以及右端電流向量。


下面結(jié)合附圖來對本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)說明，其中圖I是供電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的仿真流程示意圖；圖3是電路元件均指向它兩端結(jié)點(diǎn)的鄰接表圖4是電路結(jié)點(diǎn)等效之后的鄰接表；圖5是電路連接拓?fù)鋱D；圖6是3X3網(wǎng)格示意圖(其中 表示與電壓源相連的結(jié)點(diǎn)，Θ表示與吸納電流源相連的結(jié)點(diǎn))；圖7是測試電路ibmpg3_bmpgnewl的運(yùn)行時間和內(nèi)存消耗示意8和圖9是本發(fā)明的測試電路thupgl-thupglO運(yùn)行時間和內(nèi)存消耗隨求解問題規(guī)模的增長而增長的趨勢示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出了一種穩(wěn)定、高效的供電網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)仿真時電導(dǎo)矩陣的構(gòu)造方法，該方法針對供電網(wǎng)絡(luò)特有的金屬走線幾何拓?fù)洌扇「咝У姆椒ㄗx入SPICE網(wǎng)表，并處理各種特殊電路元件以及結(jié)點(diǎn)情況，最后形成靜態(tài)仿真時的電導(dǎo)矩陣。該方法首先通過SPICE解析器，將SPICE格式的供電網(wǎng)絡(luò)讀入到內(nèi)部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，再通過電路構(gòu)建器將其建立成拓?fù)鋱D，形成仿真矩陣，具體包括以下內(nèi)容SPICE格式是ー種エ業(yè)界用于描述電路元器件及其拓?fù)潢P(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)格式，ー個完整的SPICE格式的電路網(wǎng)表描述包括電路元器件的名稱、參數(shù)、模型以及它們之間的拓?fù)溥B接關(guān)系，電路輸入激勵，電路輸出，以及電路分析類型等。對于供電網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)仿真，如圖I所示，其電路模型包含金屬走線的電阻，供電PAD的標(biāo)準(zhǔn)電壓源，以及作為供電網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的吸納電流源，電路輸出是供電網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的電壓值。本發(fā)明所測試的用例為標(biāo)準(zhǔn)的SPICE格式的電路網(wǎng)表，其設(shè)計(jì)實(shí)例來自于美國IBM公司的POWER系列處理器。本發(fā)明提供的片上供電網(wǎng)絡(luò)仿真中電導(dǎo)矩陣構(gòu)造方法如圖2所示，包括步驟11、首次掃描SPICE網(wǎng)表掃描SPICE網(wǎng)表，統(tǒng)計(jì)出網(wǎng)表中電阻的數(shù)目η”金屬走線層數(shù)r^。然后以ら為模塊大小初始化電源網(wǎng)結(jié)點(diǎn)的哈希表HASHvdd,以為模塊大小初始化地網(wǎng)結(jié)點(diǎn)的哈希表HASHgndo步驟12、再次掃描SPICE網(wǎng)表掃描SPICE網(wǎng)表，將網(wǎng)表中出現(xiàn)的結(jié)點(diǎn)按名字字符串散列到各自的哈希表中。對于結(jié)點(diǎn)i，其結(jié)點(diǎn)名稱為NAMEi,結(jié)點(diǎn)名稱的字符串長度為len，字符串中的第j個字符為NAMEj，則定義該結(jié)點(diǎn)的哈希值為
權(quán)利要求
1.ー種片上供電網(wǎng)絡(luò)仿真中電導(dǎo)矩陣構(gòu)造方法，其特征在于，包括 步驟1，將屬于電源網(wǎng)上的結(jié)點(diǎn)散列到電源網(wǎng)散列表HASHvdd中，將屬于地網(wǎng)上的結(jié)點(diǎn)散列到地網(wǎng)散列表HASHgnd中；建立集合^^=,集合，集合s- = U，集合5隱=dJS，及集合Swifv = s^e[j為電源網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)集合，為地網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)集合，巧^為與電源網(wǎng)上供電電壓端有關(guān)的結(jié)點(diǎn)集合，&づ為與地網(wǎng)上供電接地端有關(guān)的結(jié)點(diǎn)集合，為與電源網(wǎng)上吸納電流源有關(guān)的結(jié)點(diǎn)集合，為與地網(wǎng)上吸納電流源有關(guān)的結(jié)點(diǎn)集合,t為電源網(wǎng)上除ば和^中結(jié)點(diǎn)之外的結(jié)點(diǎn)集合,5=為地網(wǎng)上除和中結(jié)點(diǎn)之外的結(jié)點(diǎn)集合，義t為電源網(wǎng)上的電阻集合，”=為地網(wǎng)上的電阻集合； 步驟2，得到解析后的SIPCE網(wǎng)表中的元件和結(jié)點(diǎn)的鄰接關(guān)系； 步驟3，根據(jù)所述鄰接關(guān)系建立電路連接拓?fù)鋱D； 步驟4，根據(jù)所述電路連接拓?fù)鋱D構(gòu)造電導(dǎo)矩陣。
2.如權(quán)利要求I所述的電導(dǎo)矩陣構(gòu)造方法，其特征在于，步驟2中，元件均指向該元件兩端的結(jié)點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求I所述的電導(dǎo)矩陣構(gòu)造方法，其特征在于，步驟3和步驟4之間還包括 步驟31，利用并查集進(jìn)行結(jié)點(diǎn)等效； 步驟32，合并吸納電流源。
4.如權(quán)利要求I所述的電導(dǎo)矩陣構(gòu)造方法，其特征在于，步驟32和步驟4之間還包括步驟33，識別片上供電網(wǎng)絡(luò)中的獨(dú)立子電路，以求解和分析該獨(dú)立子電路。
5.如權(quán)利要求I所述的電導(dǎo)矩陣構(gòu)造方法，其特征在干，該電導(dǎo)矩陣構(gòu)造方法還包括步驟5，建立矩陣方程并求解。
6.ー種片上供電網(wǎng)絡(luò)仿真中電導(dǎo)矩陣構(gòu)造系統(tǒng)，其特征在于，包括 集合建立模塊，用于將屬于電源網(wǎng)上的結(jié)點(diǎn)散列到電源網(wǎng)散列表HASHvdd中，將屬于地網(wǎng)上的結(jié)點(diǎn)散列到地網(wǎng)散列表HASHgnd中；建立集合Snode = SvndJde U S=，集合e 一I I ^gnd 隹入 C _ VVdd I I agnd 隹入ぐ _ avdd I I a ^nd [” 7 隹入 ο _ avdd I I ngnd .Pa^Padpad ,朱 ロ pinpinpin ,朱 ロ l^crosscross U cross メ 朱 ロ 1^vWrewire U wjre 為電源網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)集合，為地網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)集合，&^為與電源網(wǎng)上供電電壓端有關(guān)的結(jié)點(diǎn)集合，&づ為與地網(wǎng)上供電接地端有關(guān)的結(jié)點(diǎn)集合，巧f為與電源網(wǎng)上吸納電流源有關(guān)的結(jié)點(diǎn)集合，為與地網(wǎng)上吸納電流源有關(guān)的結(jié)點(diǎn)集合，為電源網(wǎng)上除Xfd和中結(jié)點(diǎn)之外的結(jié)點(diǎn)集合，紀(jì)I為地網(wǎng)上除&づ和中結(jié)點(diǎn)之外的結(jié)點(diǎn)集合，為電源網(wǎng)上的電阻集合，為地網(wǎng)上的電阻集合； 鄰接關(guān)系獲取模塊，用于得到解析后的SIPCE網(wǎng)表中的元件和結(jié)點(diǎn)的鄰接關(guān)系； 拓?fù)鋱D建立模塊，用于根據(jù)所述鄰接關(guān)系建立電路連接拓?fù)鋱D； 電導(dǎo)矩陣構(gòu)造模塊，用于根據(jù)所述電路連接拓?fù)鋱D構(gòu)造電導(dǎo)矩陣。
7.如權(quán)利要求6所述的電導(dǎo)矩陣構(gòu)造系統(tǒng)，其特征在于，元件均指向該元件兩端的結(jié)點(diǎn)。
8.如權(quán)利要求6所述的電導(dǎo)矩陣構(gòu)造系統(tǒng)，其特征在干，該電導(dǎo)矩陣構(gòu)造系統(tǒng)還包括 結(jié)點(diǎn)等效模塊，用于利用并查集進(jìn)行結(jié)點(diǎn)等效；電流源合并模塊，用于合并吸納電流源。
9.如權(quán)利要求6所述的電導(dǎo)矩陣構(gòu)造系統(tǒng)，其特征在干，該電導(dǎo)矩陣構(gòu)造系統(tǒng)還包括獨(dú)立子電路識別模塊，用于識別片上供電網(wǎng)絡(luò)中的獨(dú)立子電路，以求解和分析該獨(dú)立子電路。
10.如權(quán)利要求6所述的電導(dǎo)矩陣構(gòu)造系統(tǒng)，其特征在干，該電導(dǎo)矩陣構(gòu)造系統(tǒng)還包括求解模塊，用于建立矩陣方程并求解。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種片上供電網(wǎng)絡(luò)仿真中電導(dǎo)矩陣構(gòu)造方法及系統(tǒng)。該電導(dǎo)矩陣構(gòu)造方法包括步驟1，將屬于電源網(wǎng)上的結(jié)點(diǎn)散列到電源網(wǎng)散列表HASHvdd中，將屬于地網(wǎng)上的結(jié)點(diǎn)散列到地網(wǎng)散列表HASHgnd中；步驟2，得到解析后的SIPCE網(wǎng)表中的元件和結(jié)點(diǎn)的鄰接關(guān)系；步驟3，根據(jù)所述鄰接關(guān)系建立電路連接拓?fù)鋱D；步驟4，根據(jù)所述電路連接拓?fù)鋱D構(gòu)造電導(dǎo)矩陣。本發(fā)明可以快速準(zhǔn)確地讀取SPICE格式的供電網(wǎng)絡(luò)電路網(wǎng)表，將供電網(wǎng)絡(luò)中的電學(xué)元件以及結(jié)點(diǎn)信息存儲到方便快捷的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中；然后，在供電網(wǎng)絡(luò)特有的幾何拓?fù)湫再|(zhì)基礎(chǔ)上，根據(jù)結(jié)點(diǎn)分析方法的原理，采用高效的電路構(gòu)建器將供電網(wǎng)絡(luò)建立成仿真矩陣以及右端電流向量。
文檔編號G06F17/50GK102646143SQ201210058929
公開日2012年8月22日 申請日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月30日
發(fā)明者周強(qiáng), 李佐渭, 楊建磊, 蔡懿慈 申請人:清華大學(xué)