一种优化集成电路版图热分布的方法

摘要

本发明涉及一种优化集成电路版图热分布的方法，属于集成电路设计自动化领域。该方法包括：输入电路网表、电路仿真结果、电路的物理版图和电路的物理设计规则；进行电路分析，确定电路中的关键器件和关键线网；根据电路的物理设计规则，在电路的物理版图上设定填充障碍；进行热分析，确定电路的物理版图上的关键热点；为关键热点增加导热通路，根据导热通路和电路的物理设计规则在金属层上依据填充哑金属图形，根据导热通路和设计规则增加哑金属通孔以连接导热通路上的哑金属图形，直至不能通过新的哑金属填充优化电路的物理版图热分布；输出填充的金属图形到物理版图数据库。本发明可有效地通过哑金属填充优化集成电路物理版图上的热分布。

权利要求

1.一种优化集成电路版图热分布的方法，其特征在于，包括：

步骤1，输入电路网表、电路仿真结果、电路的物理版图和电路的物理设计规则； 步骤2，根据所述电路网表、电路仿真结果以及电路的物理版图进行电路分析，确定电路中的关键器件和关键线网； 步骤3，根据所述电路的物理设计规则，在所述电路的物理版图上设定填充障碍；所述步骤3具体包括： 步骤31，根据一般器件的版图信息和电路的物理设计规则，计算一般器件的保护距离； 步骤32，根据一般线网的物理连线的金属层次和几何位置，以及所述电路的物理设计规则，计算一般线网的保护距离； 步骤33，根据所述关键器件的版图信息和电路性能随所述关键器件变化的敏感程度，以及所述电路的物理设计规则，计算所述关键器件的保护距离； 步骤34，根据所述关键线网物理连线的金属层次、几何位置和电路性能对所述关键线网的敏感程度，以及所述电路的物理设计规则，计算所述关键线网的保护距离； 步骤35，在所述一般器件和关键器件的保护距离之内，以及一般线网和关键线网的保护距离之内，分别设置填充金属图形的障碍； 步骤4，根据所述电路仿真结果进行热分析，确定所述电路的物理版图上的关键热点； 步骤5，为所述关键热点增加导热通路，根据所述导热通路和电路的物理设计规则在金属层上填充哑金属图形，根据所述导热通路和电路的物理设计规则增加哑金属通孔以连接所述导热通路上的哑金属图形，直至不能通过新的哑金属填充优化电路的物理版图热分布； 步骤6，输出填充的哑金属图形到物理版图数据库。

2.如权利要求1所述的优化集成电路版图热分布的方法，其特征在于，所述步骤2具体包括： 步骤21，根据所述电路网表对电路进行信号流分析，确定电路中的关键器件和关键线网； 步骤22，根据所述电路仿真结果中的信号变化的幅度和信号频率，确定电路中的关键器件和关键线网； 步骤23，根据步骤21和22分析得到的所述关键器件和关键线网，确定本电路中的关键器件和关键线网；所述关键器件为电路分析所得关键器件和仿真结果分析所得关键器件之并集；所述关键线网为电路分析所得关键线网和仿真结果分析所得关键线网之并集； 步骤24，将所述电路网表与根据所述电路的物理版图得到的电路网表进行一致性比较，从而在所述电路的物理版图上确定关键器件和关键线网物理连线的几何位置。

3.如权利要求2所述的优化集成电路版图热分布的方法，其特征在于，所述步骤4具体包括： 步骤41，根据所述电路仿真结果，确定所述电路的物理版图上的热源； 步骤42，对所述热源进行三维热仿真，确定所述电路的物理版图上的关键热点。

4.如权利要求3所述的优化集成电路版图热分布的方法，其特征在于，步骤5包括： 步骤51，以所述关键热点为中心寻找周围的低温区域；所述低温区域为温度比所述关键热点温度低的区域； 步骤52，在关键热点区域和低温区域之间寻找导热通路；

步骤53，根据所述导热通路和电路的物理设计规则，在金属层上填充哑金属图形； 步骤54，根据所述导热通路和电路的物理设计规则，按指定的通孔尺寸和通孔间距增加哑金属通孔，以连接所述导热通路上的哑金属图形，从而以哑金属图形构成新的导热通路。

5.如权利要求2所述的优化集成电路版图热分布的方法，其特征在于，所述步骤21具体为：根据所述电路网表构建有向图，以关键信号对应的线网作为起点，按信号流方向漫游整个有向图，所述信号流经过的器件为关键器件，所述信号流经过的线网为关键线网。

6.如权利要求2所述的优化集成电路版图热分布的方法，其特征在于，所述步骤22具体为：将所述电路仿真结果中的信号变化的幅度和信号频率与 预设的信号变化的幅度和信号频率参考值比较，将大于所述预设参考值的信号线网确定为关键信号线网，所述关键信号线网连接的器件为关键器件。

说明书

一种优化集成电路版图热分布的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及集成电路设计自动化领域，尤其涉及一种优化集成电路版图热分布的方法。

背景技术

[0002] 在集成电路设计中器件的特性对温度很敏感，温度的变化会引起明显的器件特性变化，而这又会导致明显的上层电路性能变化甚至电路功能的变化，因此确定合理的温度分布对确保所设计的电路正常工作至关重要。确定合理的温度分布主要通过两个途径，一是优化热源的分布，二是优化热的流动通路。

[0003] 在现有的集成电路设计流程中，热分布的优化主要在物理版图规划和器件布局阶段考虑和实现，其实质是版图规划和器件布局之前用户设定热约束条件和热约束相关的几何约束条件，构造版图规划和器件布局之优化目标函数时将热分布作为众多优化项中其中的一个优化项，以权重因子控制的形式融入优化目标函数，在版图规划和器件布局优化时遵循相关的约束条件，并在评估时采用快速估算算法确定热分布或通过热仿真确定热分布，从而优化热源的分布。

[0004] 集成电路芯片内不同材料层之间的热传导系数相差很大，硅的热导率为149W/m.K，SiO2热导率为1.4W/m.K，铜的热导率为393W/m.K，铝的热导率为238W/m.K，多晶硅的热导率为35W/m.K。热传导系数的差异改变了热传导的方向，热传导的距离的改变增大了热阻力。从集成电路设计流程的角度讲，仅在版图规划和器件布局阶段考虑热优化是不够的，不能有效地优化集成电路物理版图上的热分布，减少热点分布和降低热点的温度。

发明内容

[0005] 为了解决上述的技术问题，提供了一种优化集成电路版图热分布的方法，其目的在于，在集成电路设计流程中进一步进行热优化。

[0006] 本发明提供了一种优化集成电路版图热分布的方法，包括：

[0007] 步骤1，输入电路网表、电路仿真结果、电路的物理版图和电路的物理设计规则；

[0008] 步骤2，根据所述电路网表、电路仿真结果以及电路的物理版图进行电路分析，确定电路中的关键器件和关键线网；

[0009] 步骤3，根据所述电路的物理设计规则，在所述电路的物理版图上设定填充障碍；

[0010] 步骤4，根据所述电路仿真结果进行热分析，确定所述电路的物理版图上的关键热点；

[0011] 步骤5，为所述关键热点增加导热通路，根据所述导热通路和电路的物理设计规则在金属层上依据所述填充哑金属图形，根据所述导热通路和电路的物理设计规则增加哑金属通孔以连接所述导热通路上的哑金属图形，直至不能通过新的哑金属填充优化电路的物理版图热分布；

[0012] 步骤6，输出填充的金属图形到物理版图数据库。

[0013] 所述步骤2具体包括：

[0014] 步骤21，根据所述电路网表对电路进行信号流分析，确定电路中的关键器件和关键线网；

[0015] 步骤22，根据所述电路仿真结果中的信号变化的幅度和信号频率，确定电路中的关键器件和关键线网；

[0016] 步骤23，将所述电路网表与根据所述电路的物理版图得到的电路网表进行一致性比较，从而在所述电路的物理版图上确定关键器件和关键线网物理连线的几何位置。

[0017] 所述步骤3具体包括：

[0018] 步骤31，根据一般器件的版图信息和电路的物理设计规则，计算一般器件的保护距离；

[0019] 步骤32，根据一般线网的物理连线的金属层次和几何位置，以及所述电路的物理设计规则，计算一般线网的保护距离；

[0020] 步骤33，根据所述关键器件的版图信息和电路性能随所述关键器件变化的敏感程度，以及所述电路的物理设计规则，计算所述关键器件的保护距离；

[0021] 步骤34，根据所述关键线网物理连线的金属层次、几何位置和电路性能对所述关键线网的敏感程度，以及所述电路的物理设计规则，计算所述关键线网的保护距离；

[0022] 步骤35，在所述一般器件和关键器件的保护距离之内，以及一般线网和关键线网的保护距离之内，分别设置填充金属图形的障碍。

[0023] 所述步骤4具体包括：

[0024] 步骤41，根据所述电路仿真结果，确定所述电路的物理版图上的热源；

[0025] 步骤42，对所述热源进行三维热仿真，确定所述电路的物理版图上的关键热点。

[0026] 步骤5包括：

[0027] 步骤51，以所述关键热点为中心寻找周围的低温区域；所述低温区域为温度比所述关键热点温度低的区域；

[0028] 步骤52，在关键热点区域和低温区域之间寻找导热通路；

[0029] 步骤53，根据所述导热通路和电路的物理设计规则，在在金属层上填充哑金属图形；

[0030] 步骤54，根据所述导热通路和电路的物理设计规则，按指定的通孔尺寸和通孔间距增加哑金属通孔，以连接所述导热通路上的哑金属图形，从而以哑金属图形构成新的热导流通路。

[0031] 所述步骤21具体为：根据所述电路网表构建有向图，以关键信号对应的线网作为起点，按信号流方向漫游整个有向图，所述信号流经过的器件为关键器件，所述信号流经过的线网为关键线网。

[0032] 所述步骤22具体为：将所述电路仿真结果中的信号变化的幅度和信号频率与预设的信号变化的幅度和信号频率参考值比较，将大于所述预设参考值的信号线网确定为关键信号线网，所述关键信号线网连接的器件为关键器件。

[0033] 本发明可有效地通过哑金属填充优化集成电路物理版图上的热分布，减少热点分布，降低热点的温度，提高集成电路工作性能和可靠性。

附图说明

[0034] 图1是本发明实施例提供的基于金属填充优化集成电路版图热分布的方法的流程；

[0035] 图2是本发明实施例提供的通过电路分析确定该电路中的关键器件和关键线网流程；

[0036] 图3是本发明实施例提供的在物理版图上设定填充障碍流程；

[0037] 图4是本发明实施例提供的通过热分析确定物理版图上的关键热点流程；

[0038] 图5是本发明实施例提供的哑金属填充流程。

具体实施方式

[0039] 与Si和SiO2相比，金属导热系数很高，金属图形可以具有很高导热性能。在完成集成电路布线之后可以通过插入哑金属图形连线调整热传导路径以优化热的流动通路实现热分布的再优化。

[0040] 本发明提出了针对集成电路物理版图设计的、基于计算机辅助的、通过金属填充优化集成电路版图热分布、旨在提高集成电路工作性能的自动优化方法。该方法包括：接受电路网表、电路仿真结果、电路的物理版图和电路的物理设计规则等数据作为输入；通过电路分析确定该电路中的关键器件和关键线网；在关键器件和关键线网的物理连线周围设定填充障碍；通过热分析确定物理版图上的关键热点；为关键热点增加导热通路；根据导热通路在金属层上填充哑金属图形；根据导热通路增加哑金属通孔以连接导热通路上的哑金属图形，最终构成以哑金属图形构成新的热导流通路；重复热分析和哑金属填充过程，达到优化热分布的目的。

[0041] 参见图1，本发明实施例提供的基于金属填充优化集成电路版图热分布的方法，具体包括如下步骤：

[0042] 步骤102，接收电路网表、电路仿真结果、电路的物理版图和电路的设计规则等数据作为输入；

[0043] 步骤104，根据所述电路网表、电路仿真结果以及电路的物理版图进行电路分析确定该电路中的关键器件和关键线网；

[0044] 步骤106，根据所述电路的物理设计规则，在物理版图上设定填充障碍；

[0045] 步骤108，根据所述电路仿真结果进行热分析确定物理版图上的关键热点；

[0046] 步骤110，为关键热点增加导热通路，根据导热通路和电路的物理设计规则在金属层上填充哑金属图形，根据导热通路和电路的物理设计规则增加哑金属通孔以连接导热通路上的哑金属图形，最终以哑金属图形构成新的导热通路；

[0047] 步骤112，检查通过金属填充的热分布优化是否结束，如果是，执行步骤114，否则执行步骤108；重复哑金属填充过程，直至不能通过新的哑金属填充得到更优的物理版图热分布。

[0048] 步骤114，最后输出填充的金属图形到物理版图数据库。输出通过物理版图数据库的API接口函数以添加新图形的形式进行，这会有利于与任何集成电路物理设计平台集成。

[0049] 在步骤102中，电路网表、电路仿真结果和电路的物理版图用于关键器件和关键线网的确定、填充障碍的确定与关键热点的确定；关键器件和关键线网的确定包括：读入电路仿真结果，搜索信号变化，确定关键信号，读入电路网表，构建图，以关键信号对应得线网作为起点，按信号流方向，漫游整个图，历经的器件和线网为关键器件和关键线网；填充障碍的确定包括：金属填充会给器件和线网引入寄生电容，特别是关键器件和关键线网物理连线附近，保持一定的距离进行填充可以有效地降低寄生电容的引入，根据该器件和关键线网的信号频率和当前的寄生电阻、电容、电感确定允许引入的寄生电容容限，进一步计算出填充图形和关键器件和关键线网物理连线之间的最小间距，从最小间距和电路的物理设计规则规定的最小间距之间选择最大值作为外延距离，在覆盖该关键器件和关键线网物理连线并外延上一步计算出的尺度，所得范围设置填充障碍，需要注意的是在关键器件上方的布线层以及关键线网物理连线的上层和下层根据计算确定是否需要设置填充障碍，在计算时需要利用电路仿真结果器件的工作点、信号频率，大小信号模型计算值等；关键热点的确定包括：利用电路仿真结果确定物理版图上的热源，利用电路的物理版图和工艺参数建立三维的热分析模型，以三维热仿真工具对设计的热分布进行仿真得出温度分布，以各器件处的温度，结合器件的温度特性进行计算，计算该温度分布下器件性能偏差引起的电路性能偏差是否在允许范围内，若超出允许范围，则确定该器件处为关键热点，特别注意的是关键器件和关键线网物理连线处的是否为关键热点。电路的物理设计规则用于填充障碍的计算和设定、哑金属层图形和金属层之间通孔的插入。电路的物理版图还用于哑金属图形的填充。对于哑金属层图形和金属层之间通孔的插入需要遵循电路的物理设计规则指定的图形尺寸要求、图形间距要求、图形覆盖要求等；填充需要考虑到已有的物理版图，因此电路的物理版图数据是必不可少的；

[0050] 如图2所示，步骤104具体包括：

[0051] 步骤202，根据所述电路网表对电路进行信号流分析以确定电路中的关键器件和关键线网，具体包括：读入电路网表，构建有向图，以关键信号对应得线网作为起点，按信号流方向，漫游整个图，历经的器件和线网为关键器件和关键线网；

[0052] 步骤204，对电路仿真的结果进行分析，根据信号变化的幅度和信号频率确定关键器件和关键线网，具体包括：读入电路仿真结果，搜索信号变化，将电路仿真结果中的信号变化的幅度和信号频率与预设的信号变化的幅度和信号频率参考值比较，将大于预设参考值的信号线网确定为关键信号线网，关键信号线网连接的器件为关键器件；

[0053] 步骤206，综合以上分析得到的关键器件和关键线网，最终确定本电路中的关键器件和关键线网；关键器件为电路分析所得关键器件和仿真结果分析所得关键器件之并集；关键线网为电路分析所得关键线网和仿真结果分析所得关键线网之并集；

[0054] 步骤208，在寻找到逻辑上的关键器件和关键线网之后，根据版图和电路的一致性比较从而在物理版图上确定关键器件和关键线网物理连线的几何位置，为设定相关的金属填充障碍做好准备；根据版图可以提取出包含器件位置和线网物理连线几何位置的电路网表，对提取出的电路网表和原电路网表利用图匹配算法可进行比较，从而确定网表之间器件的对应关系和线网的对应关系，进而利用提取出的电路网表上器件和线网的几何位置确定原电路网表中的器件几何位置和线网几何位置；

[0055] 如图3所示，步骤106具体包括：

[0056] 步骤302，根据一般器件的版图信息和电路的物理设计规则计算一般器件的保护距离；对于一般器件，其工作频率较低，金属填充引入的寄生电容对其影响可以忽略，因此金属图形填充仅需满足电路的物理设计规则即可；遍历器件的版图图形，计算出最小外接矩形，按电路的物理设计规则规定的最小间距值将最小外接矩形外推，覆盖外推范围的最小外接矩形区域为该器件的保护范围；电路的物理版图由组成电路的器件的物理版图及其位置、线网的物理连线图形吉河形状及其位置、以及它们相互之间的间距等组成[0057] 步骤304，根据一般线网物理连线的金属层次和几何位置(其几何位置的获取具体为：根据版图可以提取出包含器件位置和线网物理连线几何位置的电路网表，对提取出的电路网表和原电路网表利用图匹配算法可进行比较，从而确定网表之间器件的对应关系和线网的对应关系，进而利用提取出的电路网表上器件和线网的几何位置确定原电路网表中的器件几何位置和线网几何位置)和电路的物理设计规则计算一般线网的保护距离；对于一般线网，其工作频率较低，金属填充引入的寄生电容对其影响可以忽略，因此金属图形填充仅需满足电路的物理设计规则即可；该线网的保护距离为电路的物理设计规则中规定的同层金属线之间的最小间距，即将该物理连线左右两边分别外推这个最小间距值，即可得到该线网的保护范围；

[0058] 步骤306，根据关键器件的版图信息和电路性能随该关键器件变化的敏感程度和电路的物理设计规则计算关键器件的保护距离；金属填充会给器件引入寄生电容，特别是关键器件附近，保持一定的距离进行填充可以有效地降低寄生电容的引入，根据该器件工作频率、当前的寄生电阻、电容、电感以及器件对电路性能影响的敏感度确定允许引入的寄生电容容限，进一步计算出填充图形和关键器件之间的最小间距，从最小间距和电路的物理设计规则规定的最小间距之间选择最大值作为外延距离，将覆盖该关键器件的最小外接矩形并外延上一步计算出的尺度，所得范围设置填充障碍，需要注意的是在关键器件上方的布线层根据计算确定是否需要设置填充障碍，在计算时需要利用电路仿真结果器件的工作点、信号频率，大小信号模型计算值等；

[0059] 步骤308，根据关键线网物理连线的金属层次、几何信息和电路性能对该线网的敏感程度，以及电路的物理设计规则计算关键线网的保护距离；金属填充会给线网引入寄生电容，特别是关键线网物理连线附近，保持一定的距离进行填充可以有效地降低寄生电容的引入，根据该关键线网的信号频率和当前的寄生电阻、电容、电感确定允许引入的寄生电容容限以及电路性能对该线网的敏感度，进一步计算出填充图形和该关键线网物理连线之间的最小间距，从最小间距和电路的物理设计规则规定的最小间距之间选择最大值作为外延距离，将该关键线网物理连线的左右两侧分别外延上一步计算出的尺度，所得范围设置填充障碍，需要注意的是在关键线网物理连线的上层和下层根据计算确定是否需要设置填充障碍，在计算时需要利用电路仿真结果器件的工作点、信号频率，大小信号模型计算值等；

[0060] 步骤310，最后根据一般器件和关键器件的保护距离以及一般现网和关键现网在相应的保护距离之内设置填充金属图形的障碍。以上步骤已经计算出保护距离，仅在保护方位内设定填充障碍，这样既可以确保后续填充不会破坏电路的工作性能，又可以确保遵循电路的物理设计规则；充障碍的设定既可以保护已有的电路物理设计，保护电路中的关键器件和关键线网不受后续金属填充的引起任何电学上的负面影响，又可确保后续金属填充不会在电路的物理设计规则方面引起任何问题。

[0061] 如图4所示，步骤108具体包括：

[0062] 步骤402，根据电路仿真结果确定物理版图上的热源；热源分为器件IReq热源和连线上的IRpar功耗热源，其中I为穿过器件或物理连线的电流，Req为器件的等效电阻，Rpar为物理连线的寄生电阻，I、Req、Rpar可以从电路仿真结果直接或间接计算得到，其物理位置也就是热源的位置；

[0063] 步骤404，利用物理版图数据、芯片上各材料层的厚度以及各材料层的导热系数为基础直接建立有待进行三维热仿真的三维立体数据；

[0064] 步骤406，借助热仿真工具或内置热分析程序对热源进行三维热仿真；

[0065] 步骤408，对三维热仿真结果进行分析可确定物理版图上的关键热点；三维热仿真可以确定温度分布，根据器件处温度确定该器件的工作性能偏离对电路工作性能的影响是否超出规定范围，若是，则该器件所处区域为关键热点。

[0066] 如图5所示，步骤110具体包括：

[0067] 步骤502，以关键热点为中心寻找周围的低温区域；温度分布图上的温度比关键热点温度低的温度低谷区域为低温区域；

[0068] 步骤504，在关键热点区域和低温区域之间以三维迷宫算法和温度速降的方向寻找可能的导热通路；

[0069] 步骤506，根据导热通路在金属填充允许的区域在金属层上根据电路的物理设计规则填充哑金属图形；集成电路的物理设计规则极为复杂，此处用到的电路的物理设计规则为同层金属图形之间的最小间距和最小线宽等规则；哑金属图形是指没有任何电学连接的金属图形，在本发明中，它主要起到快速导热的功能，因为金属的导热性能要比集成电路的芯片上的主体材料Si和SiO2的导热性能要好；

[0070] 步骤508，根据导热通路在资源许可的(在不违反电路的物理设计规则的前提下有空间可以插入金属线过层通孔)情况下按电路的物理设计规则指定的通孔尺寸和通孔间距增加哑金属通孔(哑金属通孔是连接不同金属层图形的哑金属图形，无电学连接，仅是为了加速金属层之间的导热)以连接导热通路上的哑金属图形，最终构成以哑金属图形构成新的热导流通路。

[0071] 本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。