PG网的IR-drop压降和热可靠性分析

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1、摘要摘要随着芯片设计进入超深亚微米和纳米技术领域，芯片的集成度越来越大，布线层数越来越多，P／G网的规模日益庞大复杂，P／G网上承载的电流也越来越大。这将使P／G网的信号完整性和热可靠性问题更加严重，越来越引起人们的关注。本文将重点研究Mesh状P／G网的静态IR．drop压降和热可靠性，并用C语言编制可以快速求解P／G网节点电压和导线温度的源程序。在静态IR—drop压降的研究中，本文使用P／G网系数矩阵的自动生成和压缩存储技术来减小内存占用，提高求解速度，并分别使用CG，BCG和ICCG法求

2、解节点电压，比较了三种方法的优劣。在热可靠性的研究中，本文研究了考虑温度因素的电迁移约束问题，得出最大电流密度由电迁移效应和自加热效应共同决定的结论，并深入研究了自加热效应引起的P／G网温度升高和分布情况。根据P／G网的结构特点，为P／G网构建了从保守到精确的热学模型，考虑了通孔散热以及相邻导线的热耦合。通过引入通孔调制因子归纳了通孔散热的作用，通过引入等效热传导系数包含了相邻导线热耦合的影响，简化了温度的求解。为了搜寻P／G网上存在的热点，提出了P／G网的温度求解策略。经实验证明，该源程序能够

3、快速精确地求解节点电压，并能够根据所选热学模型求解导线温度，所得结果较好地反映了P／G网的温度分布情况。所提出的温度求解策略缩短了热点的搜寻时间，为芯片设计节省了宝贵的时间。关键词：静态IR-droo热可靠性电迁移效应自加热效应AbstractWiththechipdesignintotheultra-deepsub-micronandnano—technologydomain，theintegrityandmetallayersofchipincrease，P／Gnetworkbecomesl

4、argerandmorecomplex，anditcarriesbiggercurrent．ThismakesthesignalintegrityandthermalreliabilityproblemsofP／Gnetworkmoreserious，SOthatitbecomesanattractivetopicinICdesignarea．ThisthesisfocusesonthestaticIR·-dropandthethermalreliabilityofMesh--likeP／Gne

5、twork，andmakesasourcecodewithClanguagetoquicklysolvenodevoltagesandwiretemperature．InthestudyofstaticIR-drop，thematrixauto—generationandcompressiontechniqueisusedtoreducememoryoccupationandincreasethespeedofsolvingnodevoltages．ThealgorithmsofCQBCGand

6、ICCGareusedtosolvenodevoltages，andtheresultsarecomparedeachother．Inthestudyofthermalreliability,consideringtheconstraintofelectromigrationdependingonthetemperature，themaximumcurrentdensityisdeterminedbytheelectromigrationandself-heatingeffects．Alsoal

7、lin-depthstudyofthetemperaturedistributionofP／Gnetworkcausedbytheself-heatingeffectispresented．AccordingtotheP／Gnetworkstructure，thethermalmodelsfromtheconservativetotheprecisearedeveloped，takingaccountofthecoolingthroughvisa，aswellasthethermalcoupli

8、ngofadjacentwires．Withintroducingviamodulationfactor,thecoolingofviasiscontainedandintroducingequivalentthermalconductivity,theeffectofadjacentwiresisincluded．InordertosearchforhotspotsofP／Gnetworkquickly,astrategytosolvethetemperatureisproposedinthi