CN112906325A - 大规模集成电路电磁场快速求解器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及大规模集成电路电磁场快速求解技术领域，尤其涉及大规模集成电路电磁场快速求解器，大规模集成电路电磁场快速求解器，包括将大规模集成电路划分为子块电路和舒尔块，转储子块矩阵和舒尔矩阵。本发明中，提供了一种创新的方法，没有创建填充，内存为O(N)，矩阵元素集中在矩阵对角线上，易于实现并行计算；提取大规模集成电路的R，L，C，K矩阵；全波电磁求解器提取金属表面的电流分布；全波提取大规模传输线的S参数以及集成电路中的无源元件。

Description

大规模集成电路电磁场快速求解器
技术领域
本发明涉及大规模集成电路电磁场快速求解技术领域，尤其涉及大规模集成电路电磁场快速求解器。
背景技术
全波分析对于提取现代集成电路的参数至关重要。积分方程法，如矩量法(MoM)，是最常用的方法，用于将积分方程离散成矩阵方程，求解矩阵方程后即可得到电流分布，而从电流分布中又可以提取到很多参数。使用积分方程公式有几个优点，如优秀的条件处理能力以及任意区域处理能力。然而它却有一个致命的缺点：需要使用高成本的大型密集矩阵。直接使用LU分解求解矩阵方程需要O(N^3)运算时间，使用内存是O(n^2)，其中N未知，这对大规模的集成电路来说显得难以应付。目前，大规模集成电路的参数提取是全波电磁求解器的一个难题，减少矩阵存储器对电磁求解器的大规模集成电路至关重要。矩阵稀疏化对解决大规模集成电路来说是一个可行之法。不幸的是，这个过程很耗时，并且在翻转矩阵时会造成大量的填充。其他方法，如快速多极子，分层奇异值分解，聚类单级子和多尺度小波等，都是解决自由空间辐射电磁问题的候选方案，而在具有多层有损电介质的现代集成电路中，它们失去了精确性的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供大规模集成电路电磁场快速求解器。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
大规模集成电路电磁场快速求解器，包括将大规模集成电路划分为子块电路和舒尔块，转储子块矩阵和舒尔矩阵。
优选的，所述大规模集成电路电磁场快速求解器的使用方法，具体包括以下步骤：
S1、将大规模集成电路分成更小的子块电路；
S2、将每个子块的连接部分视作舒尔块；
S3、将子块电路标记为子矩阵，可并行；
S4、标记子块电路与子舒尔矩阵之间的相互耦合，可并行，并丢弃耦合；
S5、所有子矩阵的部分因式分解，可并行；
S6、汇总所有的子舒尔矩阵到总舒尔矩阵；
S7、对最终舒尔矩阵进行因式分解；
S8、对所有的子矩阵进行正向求解，可并行；
S9、对舒尔矩阵进行正向和反向求解；
S10、对所有的子矩阵进行反向运算，可并行。
优选的，所述每个可并行电路包括子块矩阵和子树矩阵。
优选的，所述子块和舒尔矩阵是子块和舒尔电路之间的耦合，以及每个可并行的矩阵包括自身的子矩阵加子块和舒尔矩阵。
优选的，所述通过正向和反向计算过程获得分解后多端口参数，以及对于多端口网络电路，只需要做一次分解。
优选的，所述大规模集成电路电磁场快速求解器的求解公式为矩量法。
优选的，所述矩量法是求解混合电位积分方程的通用算法，其公式如下：
Figure BDA0003030359360000031
其中，将E表示电场，J(r)表示电流，GA和Gv分别表示矢量和标量格林函数。
优选的，所述在多层介质板中，GA为：
Figure BDA0003030359360000032
优选的，所述选择适当的基函数和试探函数，可以得到矩量法的方程如下：
Figure BDA0003030359360000033
其中，[Z]表示阻抗矩阵，[I]表示电流矩阵，[V]表示电压矩阵。
优选的，所述大规模集成电路电磁场快速求解器使用的内存和计算时间为0(N)。
本发明至少具备以下有益效果：
1、该大规模集成电路电磁场快速求解器中，提供了一种创新的方法，没有创建填充，内存为O(N)，矩阵元素集中在矩阵对角线上，易于实现并行计算。
2、该大规模集成电路电磁场快速求解器中，提取大规模集成电路的R，L，C，K矩阵。
3、该大规模集成电路电磁场快速求解器中，全波电磁求解器提取金属表面的电流分布。
4、该大规模集成电路电磁场快速求解器中，全波提取大规模传输线的S参数以及集成电路中的无源元件。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明解释了电磁求解器模拟大规模集成电路的流程图；
图2为本发明整个矩阵示意图；
图3为本发明如何并行整个矩阵的策略示意图；
图4为本发明子矩阵与子块电路之间的关系示意图；
图5为本发明Cholesky分解后的最终矩阵示意图；
图6为本发明的使用流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1-6，大规模集成电路电磁场快速求解器，包括将大规模集成电路划分为子块电路和舒尔块，转储子块矩阵和舒尔矩阵；将大规模集成电路划分为子块电路和舒尔块，转储子块矩阵和舒尔矩阵，然后调用线性矩阵方程求解，得到电路的求解参数。
本方案具备以下工作过程：
将大规模集成电路分成更小的子块电路，接着，将每个子块的连接部分视作舒尔块，随之，将子块电路标记为子矩阵，可并行；其次，标记子块电路与子舒尔矩阵之间的相互耦合，可并行，并丢弃耦合，接着，所有子矩阵的部分因式分解，可并行，随之，汇总所有的子舒尔矩阵到总舒尔矩阵；然后，对最终舒尔矩阵进行因式分解，以及对所有的子矩阵进行正向求解，可并行；接着，对舒尔矩阵进行正向和反向求解，以及对所有的子矩阵进行反向运算，可并行。
根据上述工作过程可知：
提取大规模集成电路的R，L，C，K矩阵；全波电磁求解器提取金属表面的电流分布；全波提取大规模传输线的S参数以及集成电路中的无源元件。
进一步的，大规模集成电路电磁场快速求解器的使用方法，具体包括以下步骤：
S1、将大规模集成电路分成更小的子块电路；
S2、将每个子块的连接部分视作舒尔块；
S3、将子块电路标记为子矩阵，可并行；
S4、标记子块电路与子舒尔矩阵之间的相互耦合，可并行，并丢弃耦合；
S5、所有子矩阵的部分因式分解，可并行；
S6、汇总所有的子舒尔矩阵到总舒尔矩阵；
S7、对最终舒尔矩阵进行因式分解；
S8、对所有的子矩阵进行正向求解，可并行；
S9、对舒尔矩阵进行正向和反向求解；
S10、对所有的子矩阵进行反向运算，可并行。
请参阅图4所示的，进一步的，每个可并行电路包括子块矩阵和子树矩阵。
请参阅图3所示的，进一步的，子块和舒尔矩阵是子块和舒尔电路之间的耦合，以及每个可并行的矩阵包括自身的子矩阵加子块和舒尔矩阵。
请参阅图5所示的，进一步的，通过正向和反向计算过程获得分解后多端口参数，以及对于多端口网络电路，只需要做一次分解。
进一步的，大规模集成电路电磁场快速求解器的求解公式为矩量法。
进一步的，矩量法是求解混合电位积分方程的通用算法，其公式如下：
Figure BDA0003030359360000061
其中，将E表示电场，J(r)表示电流，GA和Gv分别表示矢量和标量格林函数。
进一步的，在多层介质板中，GA为：
Figure BDA0003030359360000071
进一步的，选择适当的基函数和试探函数，可以得到矩量法的方程如下：
Figure BDA0003030359360000072
其中，[Z]表示阻抗矩阵，[I]表示电流矩阵，[V]表示电压矩阵。
进一步的，大规模集成电路电磁场快速求解器使用的内存和计算时间为0(N)。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.大规模集成电路电磁场快速求解器，包括将大规模集成电路划分为子块电路和舒尔块，转储子块矩阵和舒尔矩阵。
2.根据权利要求1所述的大规模集成电路电磁场快速求解器，其特征在于，所述大规模集成电路电磁场快速求解器的使用方法，具体包括以下步骤：
S1、将大规模集成电路分成更小的子块电路；
S2、将每个子块的连接部分视作舒尔块；
S3、将子块电路标记为子矩阵，可并行；
S4、标记子块电路与子舒尔矩阵之间的相互耦合，可并行，并丢弃耦合；
S5、所有子矩阵的部分因式分解，可并行；
S6、汇总所有的子舒尔矩阵到总舒尔矩阵；
S7、对最终舒尔矩阵进行因式分解；
S8、对所有的子矩阵进行正向求解，可并行；
S9、对舒尔矩阵进行正向和反向求解；
S10、对所有的子矩阵进行反向运算，可并行。
3.根据权利要求2所述的大规模集成电路电磁场快速求解器的使用方法，其特征在于：所述每个可并行电路包括子块矩阵和子树矩阵。
4.根据权利要求2所述的大规模集成电路电磁场快速求解器的使用方法，其特征在于：所述子块和舒尔矩阵是子块和舒尔电路之间的耦合，以及每个可并行的矩阵包括自身的子矩阵加子块和舒尔矩阵。
5.根据权利要求2所述的大规模集成电路电磁场快速求解器的使用方法，其特征在于：所述通过正向和反向计算过程获得分解后多端口参数，以及对于多端口网络电路，只需要做一次分解。
6.根据权利要求2所述的大规模集成电路电磁场快速求解器的使用方法，其特征在于：所述大规模集成电路电磁场快速求解器的求解公式为矩量法。
7.根据权利要求6所述的大规模集成电路电磁场快速求解器的使用方法，其特征在于，所述矩量法是求解混合电位积分方程的通用算法，其公式如下：
Figure FDA0003030359350000021
其中，将E表示电场，J(r)表示电流，GA和Gv分别表示矢量和标量格林函数。
8.根据权利要求7所述的大规模集成电路电磁场快速求解器的使用方法，其特征在于，所述在多层介质板中，GA为：
Figure FDA0003030359350000022
9.根据权利要求7所述的大规模集成电路电磁场快速求解器的使用方法，其特征在于，所述选择适当的基函数和试探函数，可以得到矩量法的方程如下：
Figure FDA0003030359350000031
其中，[Z]表示阻抗矩阵，[I]表示电流矩阵，[V]表示电压矩阵。
10.根据权利要求2所述的大规模集成电路电磁场快速求解器的使用方法，其特征在于：所述大规模集成电路电磁场快速求解器使用的内存和计算时间为0(N)。
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