JP2000294651A - Layout method for reducing clock skew - Google Patents

Layout method for reducing clock skew

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JP2000294651A
JP2000294651A JP11099011A JP9901199A JP2000294651A JP 2000294651 A JP2000294651 A JP 2000294651A JP 11099011 A JP11099011 A JP 11099011A JP 9901199 A JP9901199 A JP 9901199A JP 2000294651 A JP2000294651 A JP 2000294651A
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JP
Japan
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wiring
layout method
clock skew
clock
buffer
Prior art date
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JP11099011A
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Japanese (ja)
Inventor
Tahei Sakaoka
太平 坂岡
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a layout method for reducing clock skew by which an appropriate design can be made by grasping accurate propagating delaying time and arranging position by easily performing simulation accompanying the layout of circuit elements. SOLUTION: In a layout method for reducing clock skew, clock skews are reduced by making the propagation delaying time uniform in such a way that a plurality of local buffers 3 is arranged around a global buffer 2 supplied with clock signals and the local buffers 3 are connected to the global buffer 2 through wires 4 having the same length. Then the flip flops 9 of many registers are arranged on bars (wires) 8 crossing the wires 7 extended by the same distance in a plurality of directions from the local buffers 3.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置におけ
るゲート等の動作タイミングを規定するクロックの歪み
や遅延(クロックスキュー)を低減する回路素子のレイ
アウト方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a circuit element layout method for reducing clock distortion and delay (clock skew) for defining operation timing of gates and the like in a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、半導体装置は、データ処理の高
速化の要求に伴い、回路素子の動作のタイミングを規定
するクロックの高周波数化が行われており、各回路素子
間のデータの受け渡しや記憶などの高速化が実現されて
いる。また、このデータ処理の高速化と共に高集積化も
実施され、回路素子間を接続する配線においても、AS
ICであれば、0.35μm幅以下と、さらに狭い幅が
求められている。
2. Description of the Related Art In general, in a semiconductor device, the frequency of a clock for defining the operation timing of a circuit element has been increased in accordance with a demand for high-speed data processing. High-speed storage and the like have been realized. In addition, high-speed integration of data processing has been performed together with high-speed data processing.
For ICs, a narrower width of 0.35 μm or less is required.

【0003】そして、実際に半導体装置を製造する場
合、設計段階で回路素子を配置して仮想配線した時に、
高速動作化に伴い内部で発生されるであろう伝搬遅延時
間(セルによる遅延時間+配線による遅延時間)を予め
デバックするシュミレーションを行っている。
When actually manufacturing a semiconductor device, when circuit elements are arranged and virtually wired in a design stage,
Simulations are performed to debug in advance the propagation delay time (delay time due to cells + delay time due to wiring) that may be generated internally as the operation speeds up.

【0004】これようなセルの配置やこれらを接続する
配線の位置のレイアウトに対して仮想配線のシュミレー
ションを行って得られた伝搬遅延時間と、実際に作製し
た配線の伝搬遅延時間との誤差をなるべく少なくするこ
とが望まれている。
The error between the propagation delay time obtained by simulating the virtual wiring with respect to the layout of the cells and the layout of the positions of the wirings connecting these cells and the propagation delay time of the actually manufactured wiring is described. It is desired to reduce as much as possible.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】前述した伝搬遅延時間
においては、これまでの配線幅が、0.5μm程度の集
積規模であれば、回路素子(セル)による遅延が主とな
っており、配線による伝搬遅延時間に多少の誤差が発生
していても、大きな問題とはならなかった。
In the above-described propagation delay time, if the conventional wiring width is an integrated scale of about 0.5 μm, the delay due to the circuit element (cell) is mainly used. Even if a slight error occurs in the propagation delay time due to the above, it did not cause a serious problem.

【0006】例えば、図3には、クロックツリーによる
バッファ挿入の接続関係を示している。
For example, FIG. 3 shows a connection relation of buffer insertion by a clock tree.

【0007】この接続構成は、クロック信号の入出力端
子(I/O)11からグローバルバッファ12へと接続
され、さらに複数のローカルバッファ13へと接続され
る。それぞれのローカルバッファ13には、クロックバ
ー15を介してレジスタ14となる多数のフリップフロ
ップ(F/F)14が接続されている。
In this connection configuration, a clock signal input / output terminal (I / O) 11 is connected to a global buffer 12 and further to a plurality of local buffers 13. A large number of flip-flops (F / F) 14 serving as registers 14 are connected to each local buffer 13 via a clock bar 15.

【0008】このように集積化の進歩により、1チップ
あたりのゲート数が格段に増加したため、従来の方法に
よるシュミレーションを実施しても誤差が大きくなり、
検証が難しくなっていた。この図においては、特に、グ
ローバルバッファ12からローカルバッファ13までの
配線距離が長くなると、配線による遅延時間が長くな
る。
As described above, the number of gates per chip has been significantly increased due to the progress of integration, and even if the simulation is performed by the conventional method, the error becomes large.
Verification was difficult. In this figure, particularly, when the wiring distance from the global buffer 12 to the local buffer 13 increases, the delay time due to the wiring increases.

【0009】これは、セルによる伝搬遅延時間が変化し
なかった若しくは短縮されたことに対して、配線幅が狭
まる一方配線長が長くなったことにより、配線による伝
搬遅延時間が長くなってきたことに起因している。この
ためセルにおけるレジスタ14のフリップフロップ(F
/F)等の動作タイミングを規定するクロック信号にず
れが生じて誤動作となる恐れが増大した。
The reason for this is that the propagation delay time due to the wiring has been increased due to the fact that the wiring width has been reduced and the wiring length has been increased, while the propagation delay time due to the cell has not changed or has been reduced. Is attributed to For this reason, the flip-flop (F
/ F) and the like, there is an increased possibility that a clock signal defining an operation timing may be shifted to cause a malfunction.

【0010】特に、グローバルバッファ12とこれに接
続する多数のローカルバッファ13との距離がそれぞれ
異なると、伝搬遅延時間の差が大きくなる。
In particular, if the distance between the global buffer 12 and a number of local buffers 13 connected thereto is different, the difference in propagation delay time becomes large.

【0011】従来のレイアウトの手法では、予め設定さ
れたレイアウトツールが任意的に接続の数、即ち負荷容
量の計算を判断して挿入していた。しかし、実際には、
人手により段数の確認や接続数の確認を行い、配置や接
続を行わなければならなかった。そのため、設計担当者
が正確な伝搬遅延時間の配置位置を指定するという熟練
を要した煩雑な作業が必要であった。
In the conventional layout method, a predetermined layout tool arbitrarily determines the number of connections, ie, calculates the load capacity, and inserts it. But actually,
The number of stages and the number of connections had to be checked manually to arrange and connect. Therefore, a complicated work requiring skill was required for a designer in charge of designating an arrangement position of an accurate propagation delay time.

【0012】そこで本発明は、回路素子のレイアウトに
伴うシュミレーションを容易に実施して、正確な伝搬遅
延時間や配置位置を把握し、適正な設計が可能となるク
ロックスキュー低減レイアウト方法を提供することを目
的とする。
Accordingly, the present invention provides a clock skew reduction layout method that facilitates a simulation accompanying the layout of circuit elements, ascertains an accurate propagation delay time and an arrangement position, and enables an appropriate design. With the goal.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、半導体チップ上にモジュールを搭載するレ
イアウト方法において、前記半導体チップ上に配置さ
れ、クロック信号が供給されるグローバルバッファと、
前記グローバルバッファを中心とした周囲で、それぞれ
が等しい長さの配線により接続可能な位置に配置される
複数のローカルバッファとを備え、前記グローバルバッ
ファから複数の前記ローカルバッファまでの配線距離を
等しくすることにより、それぞれの配線による前記クロ
ック信号の伝搬遅延時間を等しくしてクロックスキュー
を低減するレイアウト方法を提供する。
To achieve the above object, the present invention provides a layout method for mounting a module on a semiconductor chip, comprising: a global buffer disposed on the semiconductor chip and supplied with a clock signal;
A plurality of local buffers arranged at positions connectable by wires of the same length around the global buffer, wherein wiring distances from the global buffer to the plurality of local buffers are equalized This provides a layout method for reducing the clock skew by equalizing the propagation delay time of the clock signal by each wiring.

【0014】また、前記ローカルバッファから複数方向
に等しい距離延ばした配線に交差するバー配線上に配置
されるフリップフロップで構成される多数のレジスタ
を、さらに備える。
[0014] Further, there is further provided a plurality of registers formed of flip-flops arranged on a bar line intersecting a line extending an equal distance from the local buffer in a plurality of directions.

【0015】以上のようなクロックスキュー低減レイア
ウト方法では、グローバルバッファから多数のローカル
バッファまでの配線距離が等しくなり、配線による伝搬
遅延時間が等しくなる。これによりクロックスキューの
1つの原因が解消されて回路素子がレイアウトされる。
In the clock skew reduction layout method as described above, the wiring distances from the global buffer to a large number of local buffers are equal, and the propagation delay time due to the wiring is equal. This eliminates one cause of clock skew and lays out circuit elements.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0017】本発明のクロックスキュー低減レイアウト
方法は、チップ内の各モジュールに対する配線を等長配
線で接続することにより、クロックスキューを低減する
方法である。
The clock skew reduction layout method of the present invention is a method for reducing clock skew by connecting wiring to each module in a chip with equal length wiring.

【0018】図1は、本発明を適用した実施形態に係る
半導体チップ上にモジュールを搭載する場合のレイアウ
トの一例を概念的に示す図である。
FIG. 1 is a diagram conceptually showing an example of a layout when a module is mounted on a semiconductor chip according to an embodiment to which the present invention is applied.

【0019】このレイアウトは、半導体チップ1上にグ
ローバルバッファ2が配置される。このグローバルバッ
ファ2を中心とした周囲で等しい配線長の位置に複数の
ローカルバッファ3が配置され、それぞれがグローバル
バッファ2に長さの等しい配線4で接続される。また、
グローバルバッファ2は、外部からクロック信号を供給
するためのクロック入出力端子(I/O端子)5と配線
6で接続される。
In this layout, a global buffer 2 is arranged on a semiconductor chip 1. A plurality of local buffers 3 are arranged at equal wiring lengths around the global buffer 2, and each is connected to the global buffer 2 by a wiring 4 having an equal length. Also,
The global buffer 2 is connected to a clock input / output terminal (I / O terminal) 5 for supplying a clock signal from the outside via a wiring 6.

【0020】本実施形態における等長配線による位置
は、グローバルバッファ2からローカルバッファ3まで
の距離(例えば直線距離)が等しいのではなく、その間
を接続するために設ける配線を等しくすることができる
位置を意味している。
The position of the equal-length wiring in the present embodiment does not mean that the distance (for example, a straight line distance) from the global buffer 2 to the local buffer 3 is equal, but that the wiring provided for connecting the same can be equalized. Means

【0021】図2には、ローカルバッファ3におけるレ
ジスタ(フリップフロップ)の配置例を示す。前述した
セルの伝搬遅延時間は、セルの段数により遅延時間が大
きく影響される。そのため、セルの配置を考慮する必要
がある。
FIG. 2 shows an example of the arrangement of registers (flip-flops) in the local buffer 3. The above-described cell propagation delay time is greatly affected by the number of cell stages. Therefore, it is necessary to consider the arrangement of cells.

【0022】そこで、図2に示すようにローカルバッフ
ァ3から複数方向に等しい距離延ばした配線7に交差す
るバー(配線)8上に例えば、多数のフリップフロップ
9からなるレジスタ10が配列する。これらの位置にフ
リップフロップ9を配置すると、伝搬遅延時間の均一化
を図ることができる。
Therefore, as shown in FIG. 2, for example, a register 10 composed of a large number of flip-flops 9 is arranged on a bar (wiring) 8 intersecting a wiring 7 extending an equal distance from the local buffer 3 in a plurality of directions. When the flip-flops 9 are arranged at these positions, the propagation delay time can be made uniform.

【0023】次に配置・配線ツールを用いたこのような
半導体チップのレイアウトを形成する設計工程について
説明する。
Next, a design process for forming such a semiconductor chip layout using a placement / wiring tool will be described.

【0024】最初に半導体チップ1上に図示しない電源
ラインやグラウンドライン等を形成する。
First, a power supply line and a ground line (not shown) are formed on the semiconductor chip 1.

【0025】次に、クロックバッファ2のアサインを行
う。まず、半導体チップ1上の任意の位置にグローバル
バッファ2を配置し、半導体チップ端部に設けられたI
/O端子5とを接続する配線6を形成する。
Next, the clock buffer 2 is assigned. First, the global buffer 2 is arranged at an arbitrary position on the semiconductor chip 1, and the global buffer 2 is provided at the end of the semiconductor chip.
The wiring 6 connecting the / O terminal 5 is formed.

【0026】その後、グローバルバッファ2との間の配
線距離が前述した等長配線となるように、ローカルバッ
ファ3の位置を選定して配置し、グローバルバッファ2
とローカルバッファ3とを接続する配線4を形成する。
ローカルバッファ3から複数方向に等しい距離延ばした
配線7と交差するバー8上に多数のレジスタのフリップ
フロップ9が整列するように配置して形成する。
Thereafter, the position of the local buffer 3 is selected and arranged so that the wiring distance between the global buffer 2 and the global buffer 2 becomes the above-described equal-length wiring.
Then, a wiring 4 for connecting to the local buffer 3 is formed.
Flip-flops 9 of a large number of registers are arranged and formed on a bar 8 intersecting a wiring 7 extending an equal distance from the local buffer 3 in a plurality of directions.

【0027】以上のように本実施形態にすれば、グロー
バルバッファから多数のローカルバッファまでの配線距
離が等しくなり、配線による伝搬遅延時間が等しくな
る。これにより、半導体チップの高集積化やデータ処理
の高速化を実現する際に生じたクロックスキューの原因
が解消されたレイアウトを実現することができる。
As described above, according to the present embodiment, the wiring distances from the global buffer to a number of local buffers are equal, and the propagation delay time due to the wiring is equal. As a result, it is possible to realize a layout that eliminates the cause of clock skew that occurs when achieving high integration of semiconductor chips and high-speed data processing.

【0028】尚、本実施形態では、レジスタのフリップ
フロップを一例にとって説明したが、勿論これに限定さ
れるものではなく、クロック信号やタイミング信号によ
り駆動する回路素子、モジュール等に対しても容易に適
用でき、クロックスキューによる誤動作等を無くすこと
ができる。
In this embodiment, a flip-flop of a register has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and circuit elements and modules driven by a clock signal and a timing signal can be easily applied. It can be applied, and malfunctions due to clock skew can be eliminated.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、回
路素子のレイアウトに伴うシュミレーションを容易に実
施して、正確な伝搬遅延時間や配置位置を把握し、適正
な設計が可能となるクロックスキュー低減レイアウト方
法を提供することができる。
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to easily carry out a simulation associated with the layout of circuit elements, to grasp an accurate propagation delay time and an arrangement position, and to carry out an appropriate design. A clock skew reduction layout method can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を適用した実施形態に係る半導体チップ
上にモジュールを搭載する場合のレイアウトの一例を概
念的に示す図である。
FIG. 1 is a diagram conceptually showing an example of a layout when a module is mounted on a semiconductor chip according to an embodiment to which the present invention is applied.

【図2】本実施形態におけるローカルバッファに配置さ
れるレジスタ(フリップフロップ)の一例を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a register (flip-flop) arranged in a local buffer according to the embodiment.

【図3】従来のクロックツリーによるバッファ挿入の接
続関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a connection relationship of buffer insertion using a conventional clock tree.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体チップ 2…グローバルバッファ 3…ローカルバッファ 4,6,7…配線 5…クロック入出力端子(I/O端子) 8…バー(配線) 9…フリップフロップ 10…レジスタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor chip 2 ... Global buffer 3 ... Local buffer 4, 6, 7 ... Wiring 5 ... Clock input / output terminal (I / O terminal) 8 ... Bar (wiring) 9 ... Flip-flop 10 ... Register

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体チップ上にモジュールを搭載する
レイアウト方法において、 前記半導体チップ上に配置され、クロック信号が供給さ
れるグローバルバッファと、 前記グローバルバッファを中心とした周囲で、それぞれ
が等しい長さの配線により接続可能な位置に配置される
複数のローカルバッファと、を具備し、 前記グローバルバッファから複数の前記ローカルバッフ
ァまでの配線距離を等しくすることにより、それぞれの
配線による前記クロック信号の伝搬遅延時間を等しくし
てクロックスキューを低減することを特徴とするクロッ
クスキュー低減レイアウト方法。
1. A layout method for mounting a module on a semiconductor chip, comprising: a global buffer arranged on the semiconductor chip to which a clock signal is supplied; And a plurality of local buffers arranged at positions connectable by the wirings, and by making wiring distances from the global buffer to the plurality of local buffers equal, the propagation delay of the clock signal by each wiring A clock skew reduction layout method characterized in that clock skew is reduced by equalizing time.
【請求項2】 前記レイアウト方法において、 前記ローカルバッファから複数方向に等しい距離延ばし
た配線に交差するバー配線上に配置される複数のレジス
タを、さらに具備することを特徴とする請求項1に記載
のクロックスキュー低減レイアウト方法。
2. The layout method according to claim 1, further comprising a plurality of registers arranged on a bar line intersecting a line extending an equal distance from the local buffer in a plurality of directions. Clock skew reduction layout method.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6724679B2 (en) 2001-10-26 2004-04-20 Renesas Technology Corp. Semiconductor memory device allowing high density structure or high performance
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