一种集成电路的宽频段电磁响应自适应确定方法及系统转让专利
申请号 : CN202011426783.1
文献号 : CN112232011B
文献日 : 2021-03-30
发明人 : 唐章宏 , 邹军 , 王芬 , 黄承清 , 汲亚飞
申请人 : 北京智芯仿真科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种集成电路的宽频段电磁响应自适应确定方法,其特征在于,包括:获取集成电路待仿真的频段范围,并根据频段范围设置多个均匀分布的初始频率点;
利用粗颗粒并行方法确定所述初始频率点的电磁响应,并以第一采样间隔以及第二采样间隔分别对所述电磁响应进行采样,确定第一电磁响应序列以及第二电磁响应序列;
基于三次样条插值方法对所述第一电磁响应序列以及第二电磁响应序列进行插值获得第一三次样条插值曲线以及第二三次样条插值曲线,并确定所述第一三次样条插值曲线及第二三次样条插值曲线的差值曲线;
根据所述差值曲线的峰值及所述第一三次样条插值曲线的峰值确定最终的待仿真的离散频率点集合;
利用粗颗粒并行方法确定所述最终的待仿真的离散频率点的电磁响应,将所述最终的待仿真的离散频率点的电磁响应与初始频率点的电磁响应合并形成第三电磁响应序列,并基于三次样条插值方法对所述第三电磁响应序列进行插值获得集成电路的宽频段电磁响应;
其中,所述根据所述差值曲线的峰值及所述第一三次样条插值曲线的峰值确定最终的待仿真的离散频率点集合之后,还包括:将所述待仿真的离散频率点集合内的频率点按照从小到大的顺序合并至所述第一三次样条插值曲线内的三次样条插值点中,确定合并后的三次样条插值点;
判断所述合并后的三次样条插值点中是否存在所述待仿真的离散频率点集合内的频率点与所述第一三次样条插值曲线内的三次样条插值点的距离满足距离阈值范围,得到第二判断结果;
若所述第二判断结果表示为所述合并后的三次样条插值点中存在所述待仿真的离散频率点集合内的频率点与所述第一三次样条插值曲线内的三次样条插值点的距离满足距离阈值范围,去除所述待仿真的离散频率点集合内对应的频率点,得到最终的待仿真的离散频率点集合。
2.根据权利要求1所述的集成电路的宽频段电磁响应自适应确定方法,其特征在于,所述获取集成电路待仿真的频段范围,并根据频段范围设置多个均匀分布的初始频率点,具体包括:
获取所述频段范围的最高频率以及最低频率,并确定所述最高频率与所述最低频率的频率比;
判断所述频率比是否大于频率比阈值,得到第一判断结果;
若所述第一判断结果为所述频率比大于所述频率比阈值,确定对数下均匀分布的初始频率点;
若所述第一判断结果表示为所述频率比不大于所述频率比阈值,确定常规的均匀分布的初始频率点。
3.根据权利要求2所述的集成电路的宽频段电磁响应自适应确定方法,其特征在于,所述对数下均匀分布的初始频率点为:;其中,fi为
第i个对数下均匀分布的初始频率点;i为初始频率点的序号;fmin为最低频率;fmax为最高频率;ln()为取自然对数,exp()为自然对数底数的幂函数;l,m为正整数,且l≥2,m≥4,m为以第二采样间隔采样时,仿真频段等分的份数;l为第一采样间隔与第二采样间隔的倍数。
4.根据权利要求3所述的集成电路的宽频段电磁响应自适应确定方法,其特征在于,所述常规的均匀分布的初始频率点为:。
5.一种集成电路的宽频段电磁响应自适应确定系统,其特征在于,包括:初始频率点确定模块,用于获取集成电路待仿真的频段范围,并根据频段范围设置多个均匀分布的初始频率点;
电磁响应序列确定模块,用于利用粗颗粒并行方法确定所述初始频率点的电磁响应,并以第一采样间隔以及第二采样间隔分别对所述电磁响应进行采样,确定第一电磁响应序列以及第二电磁响应序列;
差值曲线确定模块,用于基于三次样条插值方法对所述第一电磁响应序列以及第二电磁响应序列进行插值获得第一三次样条插值曲线以及第二三次样条插值曲线,并确定所述第一三次样条插值曲线及第二三次样条插值曲线的差值曲线;
最终的待仿真的离散频率点集合确定模块,用于根据所述差值曲线的峰值及所述第一三次样条插值曲线的峰值确定最终的待仿真的离散频率点集合;
集成电路的宽频段电磁响应获取模块,用于利用粗颗粒并行方法确定所述最终的待仿真的离散频率点的电磁响应,将所述最终的待仿真的离散频率点的电磁响应与初始频率点的电磁响应合并形成第三电磁响应序列,并基于三次样条插值方法对所述第三电磁响应序列进行插值获得集成电路的宽频段电磁响应;
其中,所述系统还包括:
合并后的三次样条插值点确定模块,用于将所述待仿真的离散频率点集合内的频率点按照从小到大的顺序合并至所述第一三次样条插值曲线内的三次样条插值点中,确定合并后的三次样条插值点;
第二判断模块,用于判断所述合并后的三次样条插值点中是否存在所述待仿真的离散频率点集合内的频率点与所述第一三次样条插值曲线内的三次样条插值点的距离满足距离阈值范围,得到第二判断结果;
频率点去除模块,用于若所述第二判断结果表示为所述合并后的三次样条插值点中存在所述待仿真的离散频率点集合内的频率点与所述第一三次样条插值曲线内的三次样条插值点的距离满足距离阈值范围,去除所述待仿真的离散频率点集合内对应的频率点,得到最终的待仿真的离散频率点集合。
6.根据权利要求5所述的集成电路的宽频段电磁响应自适应确定系统,其特征在于,所述初始频率点确定模块,具体包括:频率比确定单元,用于获取所述频段范围的最高频率以及最低频率,并确定所述最高频率与所述最低频率的频率比;
第一判断单元,用于判断所述频率比是否大于频率比阈值,得到第一判断结果;
对数下均匀分布的初始频率点确定单元,用于若所述第一判断结果为所述频率比大于所述频率比阈值,确定对数下均匀分布的初始频率点;
常规的均匀分布的初始频率点确定单元,用于若所述第一判断结果表示为所述频率比不大于所述频率比阈值,确定常规的均匀分布的初始频率点。
7.根据权利要求6所述的集成电路的宽频段电磁响应自适应确定系统,其特征在于,所述对数下均匀分布的初始频率点确定单元中的对数下均匀分布的初始频率点为:;其中,fi为第i个
对数下均匀分布的初始频率点;i为初始频率点的序号;fmin为最低频率;fmax为最高频率;ln()为取自然对数,exp()为自然对数底数的幂函数;l,m为正整数且l≥2,m≥4,m为以第二采样间隔采样时,仿真频段等分的份数;l为第一采样间隔与第二采样间隔的倍数。
8.根据权利要求7所述的集成电路的宽频段电磁响应自适应确定系统,其特征在于,所述常规的均匀分布的初始频率点确定单元中的常规的均匀分布的初始频率点为:。
说明书 :
一种集成电路的宽频段电磁响应自适应确定方法及系统
技术领域
背景技术
级,集成电路的工作频率达到数GHz,层与层之间、过孔、互连线等产生的寄生效应带来的串
扰、电压降、信号延迟、噪声等问题越来越严重,对多层超大规模集成电路在宽频段内进行
电磁响应进行分析显得非常必要。由于多层超大规模集成电路最小特征尺寸为纳米级到最
大尺寸为厘米级的多尺度结构,传统的传输线法等解析方法无法准确计算多层超大规模集
成电路的频率响应,需要采用精度更高的电磁场数值计算方法。由于多层超大规模集成电
路具有厘米级到纳米级的多尺度复杂结构,采用数值计算方法计算其宽频电磁响应时,会
由于大量小尺度结构导致密集的非结构网格剖分,这需要千万级未知量的超大规模稀疏矩
阵的求解,因此,针对每个频率点的电磁响应特征,其计算时间都很长,而为了获得宽频段
的电磁响应曲线,采用传统方法如均匀频率点采样计算集成电路的电磁响应时,对频率的
采样点数需要达到数千个才能获得一定计算精度,否则会丢失一些重要的频率信息。一方
面,计算的采样频率点的多少决定了计算的频率响应曲线的精度,采样频率点太少,计算的
频率响应曲线精度低,会丢失一些重要的频率信息;但另一方面,计算的采样频率太多需要
付出极大的计算时间成本,这对于芯片设计是不可接受的。
发明内容
到数千个导致计算精度低的问题,以及计算时间成本高的问题。
列;
曲线及第二三次样条插值曲线的差值曲线;
列,并基于三次样条插值方法对所述第三电磁响应序列进行插值获得集成电路的宽频段电
磁响应。
fmax为最高频率;ln()为取自然对数,exp()为自然对数底数的幂函数;l,m为正整数且l≥
2,m≥4,m为以第二采样间隔采样时,仿真频段等分的份数;l为第一采样间隔与第二采样间
隔的倍数。
到第二判断结果;
足距离阈值范围,去除所述待仿真的离散频率点集合内对应的频率点,得到最终的待仿真
的离散频率点集合。
应序列以及第二电磁响应序列;
所述第一三次样条插值曲线及第二三次样条插值曲线的差值曲线;
率点的电磁响应合并形成第三电磁响应序列,并基于三次样条插值方法对所述第三电磁响
应序列进行插值获得集成电路的宽频段电磁响应。
为最高频率;ln()为取自然对数,exp()为自然对数底数的幂函数;l,m为正整数且l≥2,m
≥4,m为以第二采样间隔采样时,仿真频段等分的份数;l为第一采样间隔与第二采样间隔
的倍数。
合并后的三次样条插值点;
离阈值范围,得到第二判断结果;
样条插值点的距离满足距离阈值范围,去除所述待仿真的离散频率点集合内对应的频率
点,得到最终的待仿真的离散频率点集合。
均匀分布的采样频率点,基于这些采样频率点分别进行两次三次样条插值,计算两次三次
样条插值曲线的差异,基于两个三次样条插值曲线的误差,只需要一次即可自适应计算出
需要新增加的采样频率点,这些新增的采样频率点的频率响应通过并行计算方法一次性即
可计算完成。最终将所有计算的采样频率点再进行一次三次样条插值即可获得多层超大规
模集成电路的超宽频电磁响应。本发明通过少量的采样频率点获得预先指定的计算精度,
进一步,针对新增加的采样频率点,采用粗颗粒并行方法一次性计算所有新增加的采样频
率点的频率响应,即:以少量的采样频率点就能够准确计算出集成电路的电磁响应,降低了
计算时间成本,且最终确定的集成电路的电磁响应曲线用于调整集成电路中的阻抗,避免
集成电路在工作频段范围内发生谐振,从而设计出最优的集成电路。
附图说明
例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图
获得其他的附图。
具体实施方式
本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例,都属于本发明保护的范围。
频段的电磁响应,不可能将所有频率点的频率响应都计算出来,只能通过计算有限个点的
频率响应然后通过插值来估算其他频率点的频率响应。常用的插值方法有分段线性插值、
多项式插值和三次样条插值。分段线性插值方法简单,稳定性和准确性好,但其总体光滑性
差;多项式插值整体来说具有很好的光滑性,但在高次情况下容易出现振荡的问题;而三次
样条插值则兼具分段线性插值和多项式插值的优点,既具有很好的稳定性和准确性,又具
有总体光滑的优点,因此是一种广泛采用的插值方法。
待定系数。由于n个插值节点将插值区间分为n‑1段,所以有4(n‑1)个待定系数。如果同时满
足 ,则称T(f)为F(f)在节点fk(k=1,2,…,n)上的三
次样条插值函数。在这里,F(f)为多层超大规模集成电路的超宽频电磁响应。
数和二阶导数都是连续的,即 该式
可以形成n个方程,形成3(n‑2)个方程,确定待定系数还需要2个方程。通常在插值区间加上
边界条件进行限制,有以下几种边界条件:
清楚响应曲线在频段的端点处响应特征,其频率响应也不具有周期性质,因此采用最后一
个非扭结边界条件,这个边界条件的含义在于,被插值的曲线是足够光滑的,因其表示了响
应曲线在频段的端点处三阶导数连续,这一条件符合多层超大规模集成电路的超宽频电磁
响应特征。
同离散点的插值比较无法估算拟合曲线与真值的最大误差,进而一次性确定需要插值的
点。为此,本发明提出以下策略:
这个误差,这个峰值所在的频率点加入到待计算的离散频率点;
然对数,exp()为自然对数底数的幂函数;l,m为正整数且l≥2,m≥4,m为以第二采样间隔
采样时,仿真频段等分的份数;l为第一采样间隔与第二采样间隔的倍数。
响应序列。
算颗粒,计算颗粒执行的一个独立计算作为一个计算任务;
典计算任务计算所需的CPU时间;
粒;
任务序列;
并行计算;
态文件,如果该状态文件存在,则表明该计算任务已经被分配,则所述另一进程将自动尝试
申请分配下一个计算任务;
样条插值曲线及第二三次样条插值曲线的差值曲线。
线:第一三次样条插值曲线T1(f)和第二三次样条插值曲线T2(f);lm+1为第一采样点数,m+1
为第二采样点数。
次样条插值点距离满足预先给定的阈值,去掉集合{Freq}中相应的频率点;
返回步骤103,重新确定离散频率点集合。
磁响应序列,并基于三次样条插值方法对所述第三电磁响应序列进行插值获得集成电路的
宽频段电磁响应。
元,用于判断所述频率比是否大于频率比阈值,得到第一判断结果;对数下均匀分布的初始
频率点确定单元,用于若所述第一判断结果为所述频率比大于所述频率比阈值,确定对数
下均匀分布的初始频率点;常规的均匀分布的初始频率点确定单元,用于若所述第一判断
结果表示为所述频率比不大于所述频率比阈值,确定常规的均匀分布的初始频率点。
fmax为最高频率;ln()为取自然对数,exp()为自然对数底数的幂函数;l,m为正整数且l≥
2,m≥4,m为以第二采样间隔采样时,仿真频段等分的份数;l为第一采样间隔与第二采样间
隔的倍数。
磁响应序列以及第二电磁响应序列。
确定所述第一三次样条插值曲线及第二三次样条插值曲线的差值曲线。
始频率点的电磁响应合并形成第三电磁响应序列,并基于三次样条插值方法对所述第三电
磁响应序列进行插值获得集成电路的宽频段电磁响应。
条插值点中,确定合并后的三次样条插值点;第二判断模块,用于判断所述合并后的三次样
条插值点中是否存在所述待仿真的离散频率点集合内的频率点与所述第一三次样条插值
曲线内的三次样条插值点的距离满足距离阈值范围,得到第二判断结果;频率点去除模块,
用于若所述第二判断结果表示为所述合并后的三次样条插值点中存在所述待仿真的离散
频率点集合内的频率点与所述第一三次样条插值曲线内的三次样条插值点的距离满足距
离阈值范围,去除所述待仿真的离散频率点集合内对应的频率点,得到最终的待仿真的离
散频率点集合。
~
适合提取带谐振特征的频率响应;另一方面,本发明还能基于三次样条插值曲线的峰值准
确提取多层超大规模集成电路的谐振频率;第三,该算法在计算集合{Freq}中的频率点响
应时,采用粗颗粒并行方案,使得计算速度大大加快。
采用自适应频率点采样技术计算其在这个频段范围内的单端信号S响应曲线,以S11曲线为
例进行说明。
出9个频率点的响应如表1所示。
中,电磁响应序列 为表1中的F(f1),F(f3),F(f5),F
(f7),F(f9)。T1(f)和T2(f)的曲线如图3所示。
{3.443E‑8,4.276E‑5,1.337E‑2,3.365}。
1.429E‑2,2.535E‑1,3.707},二者合并后的离散频率点集合为{Freq}={3.443E‑8,4.276E‑
5,1.337E‑2,3.365,2.223E‑6,4.519E‑5,8.035E‑4,1.429E‑2,2.535E‑1,3.707},共10个新
的待计算的离散频率点。
{Freq}中的频率点与原有三次样条插值点距离满足预先给定的阈值(设定这个阈值为新插
入的频率点与当前三次样条插值点左右点的距离比大于10或小于1/10),去掉集合{Freq}
中相应的频率点,并采用粗颗粒并行方法计算集合{Freq}中所有频率点的电磁响应,最终,
合并后的三次样条插值点及其电磁响应如表2所示,表2为第一次合并后的三次样条插值点
及其S11参数示意表。
示,表3为迭代过程中每次新增加的待计算的离散频率点数示意表。
磁频率响应。
~
率点)为998Hz,10MHz,1GHz。
而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说
明即可。
本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不
应理解为对本发明的限制。