JP2002015017A - 回路自動生成装置、回路自動生成方法及び回路自動生成プログラムを記載した記録媒体 - Google Patents
回路自動生成装置、回路自動生成方法及び回路自動生成プログラムを記載した記録媒体Info
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- JP2002015017A JP2002015017A JP2000197270A JP2000197270A JP2002015017A JP 2002015017 A JP2002015017 A JP 2002015017A JP 2000197270 A JP2000197270 A JP 2000197270A JP 2000197270 A JP2000197270 A JP 2000197270A JP 2002015017 A JP2002015017 A JP 2002015017A
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Abstract
路性能を達成しつつ、スタンバイ時及びアクティブ時の
リーク電流を最小化する回路を自動生成することがで
き、それによって設計効率の向上を図ること。 【解決手段】 高閾値トランジスタだけから成る高閾値
セルのネットリストを解釈するステップ(11)と、ス
タティックタイミング解析を行って、予め制定された制
約条件よりも遅延時間の大きいパスを固定するステップ
(12)と、固定されたパス上の一部の高閾値セルを高
閾値トランジスタと低閾値トランジスタの両方から成る
MTセルに置換するステップ(13)とから成る。MT
セルは、リーク電流を制御するための入力端子を有す
る。外部からのテストベクタに対する制御信号の変化を
解析して、リーク電流を見積もる。
Description
Iのリーク電流を削減する回路を自動的に生成する回路
自動生成装置に係り、特に、与えられた回路に対してリ
ーク電流を削減する回路を自動生成する回路自動生成方
法及びこの方法を実現するプログラムを記載した記録媒
体に関する。
い、トランジスタの閾値(Vth)は低下の一途を辿つ
ている。この低Vth化によって、トランジスタのサブ
スレショルド・リーク電流が増大するため、携帯電話や
携帯端末等の機器では、バッテリー寿命を短くする要因
として大きな問題となっている。リーク電流は、回路が
停止しているスタンバイ時、及び回路が動作しているア
クティブ時のいずれの状態でも流れる。
図7に示すMTCMOS技術が提案されている。このM
TCMOSでは、論理回路全体(この例ではNANDセ
ルとインバータセル他複数のセルを含む)をLow−V
thのトランジスタで構成し、それらの論理回路は仮想
VDD線61と仮想VSS線62につながる一方、該仮
想VDD線61と仮想VSS線62はそれぞれ、Hig
h−Vthのトランジスタ63、64を挟んで、外部か
ら供給されるVDD線65及びVSS線66に接続され
る。動作時にはHigh−Vthのトランジスタ63、
64をオンさせ、スタンバイ時にはこれらトランジスタ
63、64をオフさせることにより、リーク電流を削減
していた。
方法では、動作時にVDD線65から仮想VDD線61
に供給する電流量や、仮想VSS線62からVSS線6
6へ流し出す電流量が、High−Vthのトランジス
タ63、64のオン抵抗で決まってしまう。そのため、
高速動作を達成するには上記オン抵抗を低くしなければ
ならないが、そのためにはHigh−Vthのトランジ
スタ63、66の幅(W)をかなり大きくする必要があ
り、面積増大を引き起こしていた。更に、High−V
thのトランジスタ幅の決定にあたっては、多くの条件
を同時に考え合わさなければならない。
入力パターンによって大きく変化する。第二に、仮想V
DD61につながる一部のトランジスタで多くの電流を
消費する場合、仮想VDD61の電圧が一時的に下が
り、それによって仮想VDD61につながる他の部分の
トランジスタの動作に影響が出てしまう(例えば動作速
度が遅くなる等)。こういつた問題点が、MTCMOS
での回路設計を著しく複雑化させていた。
図8に示すVTCMOS技術がある。このVTCMOS
では、論理回路全体をLow−Vthのトランジスタ7
1、72で構成し、スタンバイ時にはトランジスタ7
1、72に基板電位制御(VT)回路73によって基板
電圧(+ΔV1、−ΔV2)を印加することにより、ト
ランジスタ71、72の実効Vthを高めてリーク電流
を低減する。
性等を勘案した場合、3重ウェル構造が必要なこと、更
に、全てのトランジスタで基板電位を独立に印加できる
ようなレイアウト構造が必要なことが挙げられ、設計/
デバイスの複雑化を招いていた。
他に、スタンバイ時に電源をシャットダウンする手法が
ある。ところが、電源をシャットダウンすると、LSI
上に搭載されるメモリ回路やフリップフロップ(F/
F)において、記憶データが損なわれてしまう。これを
防ぐには、シャットダウンする前に、必要な記憶データ
のバックアップを取っておく必要があり、システム設計
が複雑になる。更に、バックアップを取るのに要する時
間はもとより、スタンバイ・モードから動作モードへの
復帰時にデータをリストアする時間が必要となる。これ
らは、動作時間の長大化を引き起こし、速度(性能)の
低下につながる。
の大きな問題点は、アクティブ時のリーク電流である。
プロセスの微細化が進むにつれ、アクティブ時に、リー
ク電流による消費電力がスイッチングによる電力に比べ
て無視できないほど大きくなる。上述の従来手法ではい
ずれも、アクティブ時のリーク電流が削減できないとい
う問題があった。
るためになされたもので、その目的は、動作速度及び回
路面積などについての所望の回路性能を達成しつつ、ス
タンバイ時及びアクティブ時のリーク電流を最小化する
回路を自動生成することができ、それによって設計効率
の向上を図ることができる回路自動生成装置及び回路自
動生成方法及びこの方法を実現するプログラムを記載し
た記録媒体を提供することである。
に、本発明の特徴は、高閾値トランジスタだけから成る
高閾値セルのネットリストを含む回路自動生成のための
諸情報を入力して解釈するステップと、前記入力情報の
解釈結果に基づいて、前記論理回路のスタティックタイ
ミング解析を行って、予め設定された制約条件よりも遅
延時間の大きいパスを同定するステップと、前記制約条
件よりも遅延時間の大きいパス上の少なくとも一部の前
記高閾値セルを、高閾値トランジスタと低閾値トランジ
スタの両方から成るMTセルに置換するステップとを具
備することにある。
ル内部リーク電流の多寡を制御するための入力端子を有
することにある。
前記MTセル混在ネットリストを出力するステップを具
備することにある。
力端子が、階層ネットリストの階層を伝って最上位モジ
ュールまで電気的に接続されるように階層間を渡る信号
やポートの生成を行うステップを具備することにある。
力端子に供給されてMTセルのリーク電流の多寡を制御
する制御信号のセットアップタイムに関するタイミング
制約を生成して出力するステップを具備することにあ
る。
クタに対して前記MTセルのリーク電流の多寡を制御す
る制御信号の変化を解析して前記論理回路のリーク電流
を見積もるステップを具備することにある。
て、高閾値セル及びMTセル混在ネットリストが与えら
れた場合、前記セルの置換ステップは、タイミング違反
が発見されたパスについては高閾値セルからMTセルへ
の置換を行う一方、タイミング的に余裕のあるパスの中
でMTセルが使われているものに対しては、タイミング
違反を新たに生じない範囲で、高閾値セルへの置換を行
うことにある。
て、MTセルだけのネットリストが与えられた場合、前
記セルの置換ステップは、タイミング余裕のあるパスに
対して、該パスに含まれるMTセルを高閾値セルに置き
換えることにある。
だけから成る高閾値セル及び高閾値トランジスタと低閾
値トランジスタの両方から成るMTセル混在ネットリス
トを含む回路自動生成のための諸情報を入力して解釈す
るステップと、前記入力情報の解釈結果に基づいて、前
記論理回路のスタティックタイミング解析を行って、予
め設定された制約条件よりも遅延時間の大きいパス及び
前記制約条件に対して遅延時間に余裕のあるパスを同定
するステップと、前記制約条件よりも遅延時間の大きい
パスについては高閾値セルからMTセルへの置換を行う
一方、前記制約条件に対して遅延時間に余裕のあるパス
の中でMTセルが使われているものに対しては、タイミ
ング違反を新たに生じない範囲で、高閾値セルへの置換
を行うステップとを具備することにある。
と低閾値トランジスタの両方から成るMTセル混在ネッ
トリストを含む回路自動生成のための諸情報を入力して
解釈するステップと、前記入力情報の解釈結果に基づい
て、前記論理回路のスタティックタイミング解析を行っ
て、予め設定された制約条件に対して遅延時間に余裕の
あるパスを同定するステップと、前記制約条件に対して
遅延時間に余裕のあるパスに対して、該パスに含まれる
MTセルを高閾値セルに置き換えるステップとを具備す
ることにある。
セルのネットリストを含む回路自動生成のための諸情報
を入力して解釈する入力手段と、前記入力手段の解釈結
果に基づいて、前記論理回路のスタティックタイミング
解析を行って、予め設定された制約条件に違反する遅延
時間を有するパスを同定するタイミング解析手段と、前
記タイミング解析手段によって判明した前記制約条件に
違反するパス上の一部または全ての高閾値セルを、MT
セルに置換えたり、又はタイミング的に余裕のあるパス
上のMTセルを高閾値セルに置き換えるセル置換手段と
を具備することにある。
セルのネットリストを含む回路自動生成のための諸情報
を入力して解釈する過程と、前記入力情報の解釈結果に
基づいて、前記論理回路のスタティックタイミング解析
を行って、予め設定された制約条件に違反した遅延時間
を有するパスを同定する過程と、前記制約条件に違反す
るパス上の一部または全ての高閾値セルを、MTセルに
置換えたり、又はMTセルを高閾値セルに置き換える過
程と、をコンピュータに実行させるための機械読取可能
なコンピュータプログラムを担持することにある。
に基づいて説明する。図1は、本発明の回路自動生成装
置の第1の実施形態の構成を示したブロック図である。
回路自動生成装置1は、入力読込み/内部データベース
(DB)生成処理部11、スタティックタイミング解析
処理部12、High−Vtセル/MTセル置換部1
3、MTE信号の最上位階層への接続処理部14、リー
ク電流見積り処理部15、ネットリスト出力処理部1
6、MTセルのリーク電流を制御するMTE信号のタイ
ミング制約出力処理部17及び内部データベース(D
B)18を有している。
ネットリスト101、タイミング制約102、セルライ
ブラリ103、配線容量104の諸情報が入力され、リ
ーク電流見積り処理部15にはテストベクタ105が入
力される。ネットリスト出力処理部16からはHigh
−VtセルとMTセル混在ネットリスト201が出力さ
れ、MTE信号のタイミング制約出力処理部17からは
MTE信号のタイミング制約202が出力され、リーク
電流見積り処理部15からはリーク電流レポート203
が出力される。
用いてリーク電流を削減する回路を生成する際の基本動
作を示した説明図である。図2(A)はリーク電流を削
減する前の高Vthトランジスタだけから成るセル(以
下、High−Vtセルと称する)(白抜き)だけで構
成される論理回路である。
用いて、リーク電流を削減した回路を自動生成して得ら
れた論理回路である。この回路は、高Vthトランジス
タと低Vthトランジスタの両方から成るセル(以下、
MTセルと称する)とが混在して構成され、High−
VtセルとMTセルの両者を論理回路網の内部で最適に
混在させることによって、所望の回路性能を達成しつ
つ、スタンバイ時及びアクテイブ時のリーク電流を低減
化するように自動生成されている。
一例を、それぞれ図3、図4に示す。図3はHigh−
Vtトランジスタのみで構成されたNAND回路のHi
gh−Vtセルである。図4は低Vthトランジスタと
High−Vtトランジスタで構成されたNAND回路
のMTセルである。MTセルでは、制御信号MTEが
“H”の時に、High−Vtトランジスタ41がオン
に成って、低Vthのトランジスタで高速動作を行い、
一方、MTEが“L”の時は、High−Vtトランジ
スタ41がオフに成って、VDDからGNDへのリーク
パスが切れたスタンバイ状態となる。
igh−Vtセルだけから成るネットリスト101が入
力されると、自動でタイミング解析を行いながら、タイ
ミング違反パスに含まれるHigh−Vtセルを高速動
作可能なMTセルと置き換えることにより、タイミング
違反を解消する。ここで、アクティブ時のリーク電流は
High−VtセルよりもMTセルの方が大きいため、
置換によるリーク電流の増加を最小に抑えつつ、効率良
くタイミング違反を解消する。
ーチャートを参照して説明する。入力読込み内部DB生
成処理部11はステップ601で、ゲートレベル・ネッ
トリスト101、該ネットリスト101に対するタイミ
ング制約102、セルライブラリ103及び配線容量1
04の諸情報を読み込み、ステップ602でこれら情報
を解釈して回路接続情報や属性等を得、得られた回路接
続情報や属性等の内部データベース(DB)を生成して
データベース18に登録する。
12はステップ603にて、内部DB18に格納されて
いる回路接続情報や属性を参照しながら、信号経路(パ
ス)の遅延時間やタイミング余裕を計算し、その結果を
内部DB18に格納する。
13はステップ604にて、スタティックタイミング解
析処理で得られた結果に基づき、タイミング制約に違反
して大きな遅延時間を有しているパスを同定し、該パス
上に存在するHigh−VtセルをMTセルヘ置換する
処理を行い、置換処理を行った結果を内部DB18に格
納する。この時、High−VtセルからMTセルへの
置換に伴うリーク電流の増加を、最小に抑えつつ、効率
良くタイミング違反を解消する。
処理部14はステップ605にて、以下の処理を行う。
即ち、上記ステップ604の処理によって、High−
VtセルからMTセルヘ置換した結果、元のネットリス
ト101中に存在しなかった制御端子MTEが新たに発
生する。本例の装置は、各MTセルのMTE端子が、階
層ネットリストの階層を伝つて最上位モジュールまで伝
搬、接続されるよう、階層間を渡る信号やポートの生成
を自動で行う。
部17のステップ606における処理について説明す
る。図5に示すように、MTE信号が他の制御論理回路
51で作られるような場合には、MTE信号がクロック
CLKのエッジより、時間的にT−MTEsetupだ
け前に定まっていないと、MTセルは正しく動作しな
い。これは特に、MTE信号の“L”から“H”への切
換え時に必要な条件である。本発明のツールは、必要に
して十分なT−MTEsetupの値を自動で計算し、
MTE信号のタイミング制約202として出力する。こ
のタイミング制約202は、MTE信号を作る制御論理
回路51の論理合成で使用することができる。
ップ607にて、外部からのテストベクタに対して、M
TE信号の変化を解析してリーク電流を見積る。即ち、
MTセルにおけるリーク電流は、MTE信号が“Hig
h”の時には、GNDにつながる高Vthトランジスタ
がオン状態にあるため、低Vthトランジスタのリーク
電流で決定される大きなリーク電流が流れる。一方、M
TE信号が“Low”の時には、GNDにつながる高V
thトランジスタがオフ状態となるため、リーク電流は
該トランジスタ(高Vthトランジスタ)で決定される
小さな値となる。これに対し、High−Vtセルのリ
ーク電流は、MTE信号の値と関係なく常時、高Vth
トランジスタで決定される値となる。
うなHigh−VtセルとMTセルが混在する回路で
は、MTE信号の値によって回路全体のリーク電流が変
化する。本実施形態では、MTセルについては、MTE
信号の“High”状態及び“Low”状態に対するリ
ーク電流の値を、それぞれセルライブラリ103に予め
登録しておき、これを本例の回路自動生成装置1に読込
んだ後、内部DB18に格納する。High−Vtセル
のリーク電流についても、同様である。更に、外部から
のテストベクタ105に対して、例えば論理シミュレー
ションを行ってMTE信号の状態変化を解析することに
より、内部DB18を参照しつつ、回路全体のリーク電
流を見積もる。結果は、リーク電流レポート203とし
て出力する。
テップ608にて、内部DB18に格納された情報に基
づいて、High−VtセルとMTセルの混在ネットリ
スト201を出力する。
で構成された論理回路のタイミング制約に違反して大き
な遅延時間を有しているパス上に存在するHigh−V
tセルをMTセルヘ置換することにより、High−V
tセルとMTセルの混在の論理回路を自動生成すること
ができる。しかも、タイミング制約に違反している部分
はMTセルに置換するため、論理回路全体として高速動
作を確保することができると共に、MTセルを使用する
部分は全体の一部分であるため、論理回路全体としてス
タンバイ時及びアクティブ時のリーク電流を低減化する
ことができ、且つ回路の占有面積も小さくすることがで
きる。
する。この第2の実施形態は、本発明の回路自動生成装
置1の入力として、初めからHigh−Vtセル/MT
セル混在のネットリストが与えられる場合に対応した例
である。これは、第1の実施形態で示した本発明の回路
自動生成装置1で混在ネットリストを出力し、それを元
にレイアウトした後、レイアウト結果(実配線容量)が
本回路自動生成装置1に返され、再度タイミング調整を
行う場合に対応する。
の図6に示したステップ601〜603の処理を第1の
実施形態と同様に行った後、ステップ604のHigh
−VtセルからMTセル置換処理において、「High
−VtセルからMTセルへの置換」または、「MTセル
からHigh−Vtセルへの置換」を行う。即ち、ステ
ップ603のスタティックタイミング解析処理によっ
て、タイミング違反が発見されたパスについては、Hi
gh−VtセルからMTセルへの置換を行って、タイミ
ング違反を解消する。一方、タイミング的に余裕のある
パスの中で、MTセルが使われているパスに対しては、
タイミング違反を新たに生じない範囲で、MTセルから
High−Vtセルへの置換を行う。
Tセル混在の論理回路を更にリファインし、無駄を無く
してその性能を向上させることができる。
明する。この第3の実施形態は、本発明の回路自動生成
装置1への入力として、MTセルだけから成るネットリ
ストが与えられる場合に対応した例である。本例も、第
1の実施形態の図6に示すようにステップ601〜60
3の処理を第1の実施形態と同様に行った後、ステップ
604のHigh−VtセルからMTセル置換処理にお
いて、タイミング余裕のあるパスに対して、該パスに含
まれるMTセルをHigh−Vtセルに置き換える。こ
れによって、本実施形態では、所望の回路性能を達成し
つつ、入力ネットリストよりもリーク電流の小さい回路
を生成して出力することができる。
ル混在の論理回路を自動生成する回路自動生成方法は、
プログラム化してコンピュータに実行させることにより
実施でき、同様の効果を得ることができる。その際、コ
ンピュータプログラムは、フロッピー(登録商標)ディ
スクやハードディスク等のディスク型記録媒体、半導体
メモリやカード型メモリ等の各種メモリ、或いは通信ネ
ットワーク等の各種のプログラム記録媒体を通じてコン
ピュータに供給することができる。
ことなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的
な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態に
よっても実施することができる。
れば、所望の回路性能を達成しつつ、スタンバイ時及び
アクティブ時のリーク電流を最小化する回路が自動で生
成されるため、設計効率の向上を図ることができる。
構成を示したブロック図である。
電流を削減する回路を生成する際の基本動作を示した説
明図である。
NAND回路のHigh−Vtセルの構成を示した回路
図である。
ジスタで構成されたNAND回路のMTセルの構成を示
した回路図である。
理回路例を示した回路図である。
フローチャートである。
る。
る。
Claims (12)
- 【請求項1】 高閾値トランジスタだけから成る高閾値
セルのネットリストを含む回路自動生成のための諸情報
を入力して解釈するステップと、 前記入力情報の解釈結果に基づいて、前記論理回路のス
タティックタイミング解析を行って、予め設定された制
約条件よりも遅延時間の大きいパスを同定するステップ
と、 前記制約条件よりも遅延時間の大きいパス上の少なくと
も一部の前記高閾値セルを、高閾値トランジスタと低閾
値トランジスタの両方から成るMTセルに置換するステ
ップと、 を具備することを特徴とする回路自動生成方法。 - 【請求項2】 前記MTセルが、セル内部リーク電流の
多寡を制御するための入力端子を有することを特徴とす
る請求項1記載の回路自動生成方法。 - 【請求項3】 前記高閾値セル及び前記MTセル混在ネ
ットリストを出力するステップを具備することを特徴と
する請求項1又は2記載の回路自動生成方法。 - 【請求項4】 前記各MTセルの入力端子が、階層ネッ
トリストの階層を伝って最上位モジュールまで電気的に
接続されるように階層間を渡る信号やポートの生成を行
うステップを具備することを特徴とする請求項1乃至3
いずれかに記載の回路自動生成方法。 - 【請求項5】 前記各MTセルの入力端子に供給されて
MTセルのリーク電流の多寡を制御する制御信号のセッ
トアップタイムに関するタイミング制約を生成して出力
するステップを具備することを特徴とする請求項1乃至
4いずれかに記載の回路自動生成方法。 - 【請求項6】 外部からのテストベクタに対して前記M
Tセルのリーク電流の多寡を制御する制御信号の変化を
解析して前記論理回路のリーク電流を見積もるステップ
を具備することを特徴とする請求項1乃至5いずれかに
記載の回路自動生成方法。 - 【請求項7】 高閾値セル及びMTセル混在ネットリス
トを入力するステップと、タイミング違反が発見された
パスについては高閾値セルからMTセルへの置換を行う
一方、タイミング的に余裕のあるパスの中でMTセルが
使われているものに対しては、タイミング違反を新たに
生じない範囲で、高閾値セルへの置換を行うステップを
更に具備することを特徴とする請求項1乃至6いずれか
に記載の回路自動生成方法。 - 【請求項8】 MTセルだけのネットリストを入力する
ステップと、タイミング余裕のあるパスに対して、該パ
スに含まれるMTセルを高閾値セルに置き換えるステッ
プを更に具備することを特徴とする請求項1乃至6いず
れかに記載の回路自動生成方法。 - 【請求項9】 高閾値トランジスタだけから成る高閾値
セル及び高閾値トランジスタと低閾値トランジスタの両
方から成るMTセル混在ネットリストを含む回路自動生
成のための諸情報を入力して解釈するステップと、 前記入力情報の解釈結果に基づいて、前記論理回路のス
タティックタイミング解析を行って、予め設定された制
約条件よりも遅延時間の大きいパス及び前記制約条件に
対して遅延時間に余裕のあるパスを同定するステップ
と、 前記制約条件よりも遅延時間の大きいパスについては高
閾値セルからMTセルへの置換を行う一方、前記制約条
件に対して遅延時間に余裕のあるパスの中でMTセルが
使われているものに対しては、タイミング違反を新たに
生じない範囲で、高閾値セルへの置換を行うステップ
と、 を具備することを特徴とする回路自動生成方法。 - 【請求項10】 高閾値トランジスタと低閾値トランジ
スタの両方から成るMTセル混在ネットリストを含む回
路自動生成のための諸情報を入力して解釈するステップ
と、 前記入力情報の解釈結果に基づいて、前記論理回路のス
タティックタイミング解析を行って、予め設定された制
約条件に対して遅延時間に余裕のあるパスを同定するス
テップと、 前記制約条件に対して遅延時間に余裕のあるパスに対し
て、該パスに含まれるMTセルを高閾値セルに置き換え
るステップと、 を具備することを特徴とする回路自動生成方法。 - 【請求項11】 論理回路を構成するセルのネットリス
トを含む回路自動生成のための諸情報を入力して解釈す
る入力手段と、 前記入力手段の解釈結果に基づいて、前記論理回路のス
タティックタイミング解析を行って、予め設定された制
約条件に違反する遅延時間を有するパスを同定するタイ
ミング解析手段と、 前記タイミング解析手段によって判明した前記制約条件
に違反するパス上の一部または全ての高閾値セルを、M
Tセルに置換える、又はタイミング的に余裕のあるパス
上のMTセルを高閾値セルに置き換えるセル置換手段
と、 を具備することを特徴とする回路自動生成装置。 - 【請求項12】 論理回路を構成するセルのネットリス
トを含む回路自動生成のための諸情報を入力して解釈す
るステップと、 前記入力情報の解釈結果に基づいて、前記論理回路のス
タティックタイミング解析を行って、予め設定された制
約条件に違反した遅延時間を有するパスを同定するステ
ップと、 前記制約条件に違反するパス上の少なくとも一部の高閾
値セルを、MTセルに置換える、又はMTセルを高閾値
セルに置き換えるステップと、 をコンピュータに実行させるためのプログラムを有する
ことを特徴とする回路自動生成プログラムを記載した記
録媒体。
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