CN112131808A - 一种基于节点扇出源追踪与迭代消减技术的组合与时序电路可靠性度量方法 - Google Patents

Abstract

一种基于节点扇出源追踪与迭代消减技术的组合与时序电路可靠性度量方法，首先，读取并解析网表，标识出电路的原始输入端、原始输出端及基本门信息等，并以电路基本门为节点构建电路的完整性链表LC；接着，提取电路的原始输入端信号，并构建与之相对应的输入概率分布；提取电路的基本门类型，并构建与之相对应的概率转移矩阵与理想转移矩阵；然后，根据节点扇出源的关联特点，基于概率模型并利用节点的消减技术以获得节点的概率输出；最后，在电路的原始输出端，通过相应节点的概率转移矩阵与理想转移矩阵的点乘运算以求取输入向量在相应原始输出端的电路可靠性。本发明实现了组合与时序电路可靠性的快速有效计算。

Description

一种基于节点扇出源追踪与迭代消减技术的组合与时序电路 可靠性度量方法

技术领域

本发明涉及组合与时序电路可靠性的度量，具体来说是一种基于节点扇出源追踪与迭代消减技术的组合与时序电路可靠性度量方法。

背景技术

随着集成电路特征尺寸的缩小与工作频率的增加，工艺技术也随之变得愈为复杂，使之不可避免地容易导致电路的可靠性容限下降，从而影响到在其上运行应用的安全，如深度神经网络等。因此，有必要开展对电路可靠性度量方法的研究，这有助于选择或设计合理的电路结构以改善电路的可靠性水平。

目前业界已提出多种针对组合与时序电路可靠性的评测方法，如概率转移矩阵模型，贝叶斯方法与随机计算模型等。它们有力地推动了电路可靠性理论的发展与完善。然而，随着电路规模的增大，已有方法往往难以有效平衡计算开销与度量精度之间难以有效兼容的矛盾，且已有方法也不利于与可靠性相关的电路关键性单元的定位。因此，有必要提出一种有效的基于概率模型的适用于组合与时序电路的可靠性计算模型，以方便用于组合与时序电路中关键性单元的定位。

发明内容

为解决上述问题，本发明基于概率模型，通过对电路中节点扇出源的追踪，并利用迭代消减技术，实现了扇出所关联节点概率信号的有效度量。同时，基于信号概率的编码特点，以基本门为单位，实现了电路概率信号的迭代传播。该策略的实施，使实现了组合与时序电路可靠性的快速有效计算。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于节点扇出源追踪与迭代消减技术的组合与时序电路可靠性度量方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：网表解析及相关量的初始化，过程如下：

1.1)读取网表，提取电路的基本门信息，构建电路的完整性链表LC且标识出电路的所有原始输入端和原始输出端；其中，在时序电路中触发器的所有输入被标识为伪输入端；初始化循环变量i＝1，k＝0；完整性链表LC指链表中任意节点的输入端信息均可从该节点的前序节点的输出端信息中提取得到；

1.2)基于基本门的类型type、故障概率p与输入端个数m，利用真值表法构建type类型基本门的概率转移矩阵PM_type-m与理想转移矩阵IM_type-m；

1.3)提取电路各原始输入端和伪输入端的输入信号，并构建与之相对应的原始输入概率分布pipt；其中，若原始输入信号为0，则pipt＝[1,0]；否则pipt＝[0,1]；

1.4)为LC中的第i个节点创建空队列fanout_i，并记录其输出端的扇出分支数；同时，将数组fanout_combine_num初始化为0；其中，时序电路可视作为无限多个重复叠加的组合电路，且节点i所对应的fanout_i还需通过变量Iter以记录当前扇出所在的迭代次数；

步骤2：计算LC中第i个节点的故障输出概率分布fopt_i与理想输出概率分布iopt_i，过程如下：

2.1)读取LC中的第i个节点G_i并提取其type，若为电路原始输入端或者首次被遍历的伪输入端，则将pipt中对应的值复制给iopt_i和fopt_i，并转至2.12)；若为电路的原始输出端或伪输出端，则转至步骤3)；否则，提取其故障概率p_i及输入端个数mi，生成对应G_i的概率转移矩阵PM_type-mi与理想转移矩阵IM_type-mi，并初始化循环变量j＝1；

2.2)提取G_i的第j个输入端的父节点hj；若hj的输出连接扇出，则将该节点的第j个输入的故障输入概率矩阵fipt_ij赋值为2×2单位矩阵I₂，理想输入概率iipt_ij赋值为iopt_hj，并将编号hj加入fanout_i队尾；否则，将fipt_ij与iipt_ij分别赋值为故障输出概率分布fopt_hj与理想输出概率分布iopt_hj；

2.3)若j＝＝mi，则转2.4)；否则，执行j＝j+1，并转2.2)；

2.4)分别利用式(1)与式(2)计算G_i的故障输入概率分布fipt_i与理想输入概率分布iipt_i：

2.5)分别利用式(3)与式(4)计算G_i的故障输出概率分布fopt_i与理想输出概率分布iopt_i：

fopt_i＝fipt_i×PM_type-mi (3)

iopt_i＝iipt_i×IM_type-mi (4)

2.6)提取fanout_i中的元素个数mm，并构建空矩阵tmp_fopt_i且初始化行数标记k＝0，创建队列H以记录每次被合并的节点编号；并查找fanout_i中的相同值；若有相同元素，则将该元素所对应的节点编号加入H并转至2.7)执行合并操作；否则，转至2.11)；

2.7)对矩阵fopt_i的行从0～2^mm-1的顺序进行编号并按行进行遍历，并提取其中相同元素所对应的二进制位的值；若值相同，则记录其在fopt_i中的行号j，将该行赋值给tmp_fopt_i中的第k行，并执行k＝k+1；遍历完成后，执行fopt_i＝tmp_fopt_i；

2.8)遍历H，提取其中第t个元素Ht，并对fanout_combine_num_Ht执行加1操作，其中t＝1,2,…,length(H)，length(H)为队列H的元素个数；

2.9)若H中有元素满足fanout_combine_num_Ht+1＝fanout_num_Ht，则转至2.10)；否则转2.11)；

2.10)若fanout_Ht非空，则用其替换fanout_i中的元素Ht；否则，删除fanout_i中的元素Ht；用公式(5)构造fopt_i的左乘矩阵M_tmp，再用公式(6)更新矩阵fopt_i，然后转至2.6)；其中，I₂为2×2的单位矩阵，fopt_Ht为编号为Ht的节点的输出概率矩阵；

fopt_i＝M_tmp×fopt_i (6)

2.11)判断是否到达LC的末尾，若是，则转步骤4，否则执行i＝i+1，并转2.1)；

步骤3：在原始输出端计算电路的可靠性，过程如下：

3.1)提取G_i的fipt_i、iipt_i和fanout_i队列，并执行步骤2.6)-2.10)的扇出合并与消减操作；

3.2)若fanout_i队列为空，则转3.3)；否则，取出fanout_i队列中处于LC链最末端的元素存入H中，执行2.10)操作，然后转3.1)；

3.3)利用公式(7)计算该节点输出端的可靠性R_i；

R_i＝sum(fopt_i.×iopt_i) (7)

3.4)若到达LC的末尾，则转步骤4；否则，执行i＝i+1，并转2.1)；

步骤4：计算整体电路的可靠性R，过程如下：

4.1)利用公式(7)获得电路的整体可靠性；其中，R_t指电路中第t个原始输出端的输出可靠性，no指电路原始输出端的个数；

4.2)若为组合电路，则输出R并结束；

4.3)若为时序电路，且多次迭代后的R趋于稳定，则输出R并结束；否则，执行Iter＝Iter+1，并转至步骤2。

本发明的技术构思为：首先，读取并解析网表，标识出电路的原始输入端、原始输出端及基本门信息等，并以电路基本门为节点构建电路的完整性链表LC。接着，提取电路的原始输入端信号，并构建与之相对应的输入概率分布；提取电路的基本门类型，并构建与之相对应的概率转移矩阵与理想转移矩阵。然后，根据节点扇出源的关联特点，基于概率模型并利用节点的消减技术以获得节点的概率输出。最后，在电路的原始输出端，通过相应节点的概率转移矩阵与理想转移矩阵的点乘运算以求取输入向量在相应原始输出端的电路可靠性。

本发明的有益效果主要表现在：以概率模型为主要技术手段，通过追踪节点的扇出源，并利用迭代消减技术，使以较小代价实现了对组合与时序电路可靠性的快速有效评估。

附图说明

图1是一种基于节点扇出源追踪与迭代消减技术的组合与时序电路可靠性度量方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1，一种基于节点扇出源追踪与迭代消减技术的组合与时序电路可靠性度量方法，包括以下步骤：

步骤1：网表解析及相关量的初始化，过程如下：

1.1)读取网表，提取电路的基本门信息，构建电路的完整性链表LC且标识出电路的所有原始输入端和原始输出端；其中，在时序电路中触发器的所有输入被标识为伪输入端；初始化循环变量i＝1，k＝0；完整性链表LC指链表中任意节点的输入端信息均可从该节点的前序节点的输出端信息中提取得到；

1.2)基于基本门的类型type、故障概率p与输入端个数m，利用真值表法构建type类型基本门的概率转移矩阵PM_type-m与理想转移矩阵IM_type-m；

1.3)提取电路各原始输入端和伪输入端的输入信号，并构建与之相对应的原始输入概率分布pipt；其中，若原始输入信号为0，则pipt＝[1,0]；否则pipt＝[0,1]；

1.4)为LC中的第i个节点创建空队列fanout_i，并记录其输出端的扇出分支数；同时，将数组fanout_combine_num初始化为0；其中，时序电路可视作为无限多个重复叠加的组合电路，且节点i所对应的fanout_i还需通过变量Iter以记录当前扇出所在的迭代次数；

步骤2：计算LC中第i个节点的故障输出概率分布fopt_i与理想输出概率分布iopt_i，过程如下：

2.1)读取LC中的第i个节点G_i并提取其type，若为电路原始输入端或者首次被遍历的伪输入端，则将pipt中对应的值复制给iopt_i和fopt_i，并转至2.12)；若为电路的原始输出端或伪输出端，则转至步骤3)；否则，提取其故障概率p_i及输入端个数mi，生成对应G_i的概率转移矩阵PM_type-mi与理想转移矩阵IM_type-mi，并初始化循环变量j＝1；

2.2)提取G_i的第j个输入端的父节点hj；若hj的输出连接扇出，则将该节点的第j个输入的故障输入概率矩阵fipt_ij赋值为2×2单位矩阵I₂，理想输入概率iipt_ij赋值为iopt_hj，并将编号hj加入fanout_i队尾；否则，将fipt_ij与iipt_ij分别赋值为故障输出概率分布fopt_hj与理想输出概率分布iopt_hj；

2.3)若j＝＝mi，则转2.4)；否则，执行j＝j+1，并转2.2)；

2.4)分别利用式(1)与式(2)计算G_i的故障输入概率分布fipt_i与理想输入概率分布iipt_i：

2.5)分别利用式(3)与式(4)计算G_i的故障输出概率分布fopt_i与理想输出概率分布iopt_i：

fopt_i＝fipt_i×PM_type-mi (3)

iopt_i＝iipt_i×IM_type-mi (4)

2.6)提取fanout_i中的元素个数mm，并构建空矩阵tmp_fopt_i且初始化行数标记k＝0，创建队列H以记录每次被合并的节点编号；并查找fanout_i中的相同值；若有相同元素，则将该元素所对应的节点编号加入H并转至2.7)执行合并操作；否则，转至2.11)；

2.7)对矩阵fopt_i的行从0～2^mm-1的顺序进行编号并按行进行遍历，并提取其中相同元素所对应的二进制位的值；若值相同，则记录其在fopt_i中的行号j，将该行赋值给tmp_fopt_i中的第k行，并执行k＝k+1；遍历完成后，执行fopt_i＝tmp_fopt_i；

2.8)遍历H，提取其中第t个元素Ht，并对fanout_combine_num_Ht执行加1操作，其中t＝1,2,…,length(H)，length(H)为队列H的元素个数；

2.9)若H中有元素满足fanout_combine_num_Ht+1＝fanout_num_Ht，则转至2.10)；否则转2.11)；

2.10)若fanout_Ht非空，则用其替换fanout_i中的元素Ht；否则，删除fanout_i中的元素Ht；用公式(5)构造fopt_i的左乘矩阵M_tmp，再用公式(6)更新矩阵fopt_i，然后转至2.6)；其中，I₂为2×2的单位矩阵，fopt_Ht为编号为Ht的节点的输出概率矩阵；

fopt_i＝M_tmp×fopt_i (6)

2.11)判断是否到达LC的末尾，若是，则转步骤4，否则执行i＝i+1，并转2.1)；

步骤3：在原始输出端计算电路的可靠性，过程如下：

3.1)提取G_i的fipt_i、iipt_i和fanout_i队列，并执行步骤2.6)-2.10)的扇出合并与消减操作；

3.2)若fanout_i队列为空，则转3.3)；否则，取出fanout_i队列中处于LC链最末端的元素存入H中，执行2.10)操作，然后转3.1)；

3.3)利用公式(7)计算该节点输出端的可靠性R_i；

R_i＝sum(fopt_i.×iopt_i) (7)

3.4)若到达LC的末尾，则转步骤4；否则，执行i＝i+1，并转2.1)；

步骤4：计算整体电路的可靠性R，过程如下：

4.1)利用公式(7)获得电路的整体可靠性；其中，R_t指电路中第t个原始输出端的输出可靠性，no指电路原始输出端的个数；

4.2)若为组合电路，则输出R并结束；

4.3)若为时序电路，且多次迭代后的R趋于稳定，则输出R并结束；否则，执行Iter＝Iter+1，并转至步骤2。

本实施例以概率模型为主要技术手段，利用节点扇出源追踪与迭代消减技术，在保证精度的情况下实现了组合与时序电路可靠性的快速计算。由于分析的是面向输入向量的可靠性评估，所以该方法可结合智能算法以应用于量化电路节点的重要性水平等。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (1)

1.一种基于节点扇出源追踪与迭代消减技术的组合与时序电路可靠性度量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：网表解析及相关量的初始化，过程如下：

1.1)读取网表，提取电路的基本门信息，构建电路的完整性链表LC且标识出电路的所有原始输入端和原始输出端；其中，在时序电路中触发器的所有输入被标识为伪输入端；初始化循环变量i＝1，k＝0；完整性链表LC指链表中任意节点的输入端信息均可从该节点的前序节点的输出端信息中提取得到；

1.2)基于基本门的类型type、故障概率p与输入端个数m，利用真值表法构建type类型基本门的概率转移矩阵PM_type-m与理想转移矩阵IM_type-m；

1.3)提取电路各原始输入端和伪输入端的输入信号，并构建与之相对应的原始输入概率分布pipt；其中，若原始输入信号为0，则pipt＝[1,0]；否则pipt＝[0,1]；

1.4)为LC中的第i个节点创建空队列fanout_i，并记录其输出端的扇出分支数；同时，将数组fanout_combine_num初始化为0；其中，时序电路可视作为无限多个重复叠加的组合电路，且节点i所对应的fanout_i还需通过变量Iter以记录当前扇出所在的迭代次数；

步骤2：计算LC中第i个节点的故障输出概率分布fopt_i与理想输出概率分布iopt_i，过程如下：

2.1)读取LC中的第i个节点G_i并提取其type，若为电路原始输入端或者首次被遍历的伪输入端，则将pipt中对应的值复制给iopt_i和fopt_i，并转至2.12)；若为电路的原始输出端或伪输出端，则转至步骤3)；否则，提取其故障概率p_i及输入端个数mi，生成对应G_i的概率转移矩阵PM_type-mi与理想转移矩阵IM_type-mi，并初始化循环变量j＝1；

2.2)提取G_i的第j个输入端的父节点hj；若hj的输出连接扇出，则将该节点的第j个输入的故障输入概率矩阵fipt_ij赋值为2×2单位矩阵I₂，理想输入概率iipt_ij赋值为iopt_hj，并将编号hj加入fanout_i队尾；否则，将fipt_ij与iipt_ij分别赋值为故障输出概率分布fopt_hj与理想输出概率分布iopt_hj；

2.3)若j＝＝mi，则转2.4)；否则，执行j＝j+1，并转2.2)；

2.4)分别利用式(1)与式(2)计算G_i的故障输入概率分布fipt_i与理想输入概率分布iipt_i：

2.5)分别利用式(3)与式(4)计算G_i的故障输出概率分布fopt_i与理想输出概率分布iopt_i：

fopt_i＝fipt_i×PM_type-mi (3)

iopt_i＝iipt_i×IM_type-mi (4)

2.6)提取fanout_i中的元素个数mm，并构建空矩阵tmp_fopt_i且初始化行数标记k＝0，创建队列H以记录每次被合并的节点编号；并查找fanout_i中的相同值；若有相同元素，则将该元素所对应的节点编号加入H并转至2.7)执行合并操作；否则，转至2.11)；

2.7)对矩阵fopt_i的行从0～2^mm-1的顺序进行编号并按行进行遍历，并提取其中相同元素所对应的二进制位的值；若值相同，则记录其在fopt_i中的行号j，将该行赋值给tmp_fopt_i中的第k行，并执行k＝k+1；遍历完成后，执行fopt_i＝tmp_fopt_i；

2.8)遍历H，提取其中第t个元素Ht，并对fanout_combine_num_Ht执行加1操作，其中t＝1,2,…,length(H)，length(H)为队列H的元素个数；

2.9)若H中有元素满足fanout_combine_num_Ht+1＝fanout_num_Ht，则转至2.10)；否则转2.11)；

2.10)若fanout_Ht非空，则用其替换fanout_i中的元素Ht；否则，删除fanout_i中的元素Ht；用公式(5)构造fopt_i的左乘矩阵M_tmp，再用公式(6)更新矩阵fopt_i，然后转至2.6)；其中，I₂为2×2的单位矩阵，fopt_Ht为编号为Ht的节点的输出概率矩阵；

fopt_i＝M_tmp×fopt_i (6)

2.11)判断是否到达LC的末尾，若是，则转步骤4，否则执行i＝i+1，并转2.1)；

步骤3：在原始输出端计算电路的可靠性，过程如下：

3.1)提取G_i的fipt_i、iipt_i和fanout_i队列，并执行步骤2.6)-2.10)的扇出合并与消减操作；

3.2)若fanout_i队列为空，则转3.3)；否则，取出fanout_i队列中处于LC链最末端的元素存入H中，执行2.10)操作，然后转3.1)；

3.3)利用公式(7)计算该节点输出端的可靠性R_i；

R_i＝sum(fopt_i.×iopt_i) (7)

3.4)若到达LC的末尾，则转步骤4；否则，执行i＝i+1，并转2.1)；步骤4：计算整体电路的可靠性R，过程如下：

4.1)利用公式(7)获得电路的整体可靠性；其中，R_t指电路中第t个原始输出端的输出可靠性，no指电路原始输出端的个数；

4.2)若为组合电路，则输出R并结束；

4.3)若为时序电路，且多次迭代后的R趋于稳定，则输出R并结束；否则，执行Iter＝Iter+1，并转至步骤2。

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