时钟树功耗优化技术与物理实现

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1、隶。初大·坚硕士学位论文万方数据时钟树功耗优化技术与物理实现万方数据POWEROPTIMIZATIONTECHNIQUEOFCLOCKTREEANDTHEPHYSICALIMPLEMENTATIONIIIIIllllllllUllllllllllllllllllllY2706241AThesisSubmiRedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYLiZhewenSupervisedbyAssociateProfess

2、or删GJunSchoolofElectronicScienceandEngineeringSoutheastUniversityMay．2014万方数据东南大学学位论文独创性声明本人声明所基交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：耋扬主日

3、期：竺!垒：生：主东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图二岛馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存沦文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括以电子信息形式刊登)论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布(包括以电子信息形式刊登)授权东南大学研究生院办理。研究牛签名：徘导师签名：期：与牛>万方数据摘要随着智能手机和可穿戴设备的普及，电子系统对续航能力的要求越来

4、越高，同时，由于半导体制造技术和工艺的不断进步，芯片向高性能、高集成度发展，这两方面因素使得功耗问题在现代集成电路设计中日益突出。另一方面，时钟树功耗在芯片总功耗中所占的比重越来越大，达到40％之多。因此，时钟树功耗优化对低功耗设计意义重大。而多比特触发器(MBFF)能够有效降低时钟树功耗，并且兼容时钟门控技术，具有很高的研究价值。本文以布局后的多比特触发器功耗优化技术作为研究重点，避免了综合过程中由于物理位置不确定导致的性能退化和绕线拥塞。此技术能够最大程度地合并电路中的单比特触发器(SBFF)，大幅降低

5、时钟树叶节点和缓冲器数量，达到功耗优化的目的。本文以台积电CLN65LP工艺的单比特触发器为参考，完成了多比特触发器单元的定制。为了减小多比特触发器在布局后对芯片时序的影响，本文设计了单元密度约束和时序裕量约束。在此基础上，针对有时序裕量的情况，利用位置可行域实现触发器的合并，并改进了合并顺序。而在时序裕量不足时，本文设计了一种利用引脚边界框进行触发器合并的方法，增大了替换率。在这之后完成了多比特触发器的自动生成。另外，本文设计了由时序驱动的布局再优化技术，即依据触发器的时序裕量设置信号权重，改善组合逻辑和

6、时序逻辑的物理位置，使设计时序、单元密度和绕线拥塞得到进一步的优化。本文分别以ISCAS89基准电路和AU'AI商业芯片作为实验平台进行了测试验证和对比分析。结果表明，相较基于单比特触发器的传统后端设计方法，本文的布局后多比特触发器功耗优化技术在保持电路最高性能基本不变的前提下，时钟树功耗分别降低了21．03％和28．66％，芯片总功耗分别降低了13．67％署118．55％，同时标准单元总面积减小了2．4％和3．35％。关键词：低功耗，时钟树功耗，布局，多比特触发器，物理设计万方数据AbstractWith

7、thepopularityofsmartphonesandwearabledevices，electronicsystemhasmorerequirementofbatterylife．Atthesamelime，duetotheadvanceofsemiconductormanufacturingtechnologyandprocess，chipperformanceandintegrationhavebeenimproved．Thetwofactorsmakepowerconsumptionproble

8、mincreasinglyprominentinmodemintegratedcircuitdesign．Theclocktree，ontheotherhand，consumesmoreandmorepowerSOastotakeup40％ofthetotalchippowerconsumption．Therefore，theclocktreepoweroptimizationisofgreatsignifica