JP2005174154A - Method, device and program for designing circuit having electric wiring and optical connection - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a design method and device capable of performing design of a further optimum photoelectric integrated circuit in a relatively short time by using the performance of hardware. <P>SOLUTION: The method for designing a circuit having electric wiring and an optical connection comprises a first step for generating a circuit connection list (net list); a second step 12 for generating a connection list (electric net) 13 shouldered by an electronic circuit and a connection list (optical net) 14 shouldered by an optical connection; a third step 18 for performing arrangement of parts and further a wiring design based on the electric net 13; and a fourth step 17 for performing a design of optical connection based on the optical net 14. A fifth step 16 for performing arrangement of an optical port that is a part having photoelectric converting function may be executed after the second step 12 and before the third step 18 and the fourth step 17. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電気配線で接続された電子回路と光接続による光回路が混在した回路(光電融合回路とも記す)の設計方法、設計装置、設計用プログラム等に関する。 The present invention relates to a design method, a design apparatus, a design program, and the like for a circuit (also referred to as a photoelectric fusion circuit) in which an electronic circuit connected by electrical wiring and an optical circuit by optical connection are mixed.

最近、パーソナルコンピューター、さらには携帯電話や個人情報端末(PDA)などの情報処理機器は、小型・軽量であることに加えて処理速度の速いことが望まれているが、処理速度が上がるにつれて、そこで用いられる回路における配線遅延、EMI(電磁放射干渉ノイズ)などの問題が生じる。これらの、配線遅延やEMIを回避する手法としては、光接続を用いる光回路を利用する方法が挙げられる(特許文献1参照)。 Recently, information processing devices such as personal computers, mobile phones, and personal information terminals (PDAs) have been demanded to be faster in processing in addition to being smaller and lighter, but as processing speed increases, Problems such as wiring delay and EMI (electromagnetic radiation interference noise) occur in the circuits used there. As a technique for avoiding these wiring delays and EMI, there is a method using an optical circuit using optical connection (see Patent Document 1).

一方で、上述の情報処理機器やロボットなどの制御機器においては、複数の制御アルゴリズムをリアルタイムで切り替えて制御することが望まれる。この様な視点から、再構成が可能な回路、特に高速でリアルタイムに再構成を可能とする回路が望まれている。再構成可能な回路の例としては、FPGA(Field Programmable Gate Array)やCPLD(Complex Programmable Logic
device)等が挙げられるが(特許文献2参照)、高速性や回路規模などの点で、さらなる向上が望まれている。
On the other hand, in the control devices such as the information processing device and the robot described above, it is desired to control by switching a plurality of control algorithms in real time. From such a viewpoint, a circuit that can be reconfigured, particularly a circuit that can be reconfigured at high speed in real time is desired. Examples of reconfigurable circuits include Field Programmable Gate Array (FPGA) and Complex Programmable Logic (CPLD)
device) and the like (see Patent Document 2), further improvement is desired in terms of high speed and circuit scale.

一般にこれらの情報処理機器(半導体システム)の設計に用いられる設計フローの例を図15に示す。ここで示すように、一般には、要求仕様に基づきシステム設計を行った後、論理設計を経て、回路接続リスト(ネットリスト)生成、レイアウト設計(配置配線:place
& route)、検証を行なう。例えば、一例として、2つのチップを有したシステムに対して該技術を用いた設計方法がある(特許文献3)。こうした設計方法では、検証で不具合が生じた際には、配置配線、さらにはシステム設計まで遡って再設計がなされる。
特開平6-308519号公報 特開2000-311156号公報 特開2001-298086号公報
An example of a design flow generally used for designing these information processing devices (semiconductor systems) is shown in FIG. As shown here, in general, after designing a system based on required specifications, through logic design, circuit connection list (net list) generation, layout design (place and route: place and place:
& route), verify. For example, there is a design method using this technique for a system having two chips (Patent Document 3). In such a design method, when a failure occurs in verification, redesign is performed retroactively to placement and routing and further to system design.
JP-A-6-308519 JP 2000-311156 JP 2001-298086

そこで、高度な情報処理機器や制御機器を実現するためには、回路が大規模、高速性、柔軟性(再構成が可能であること)などを併せ持つことが必要であるが、この様な要求を満たすために、光接続による光回路と電子回路が混在した回路すなわち光電融合回路を用いることが考えられる。 Therefore, in order to realize advanced information processing equipment and control equipment, it is necessary for the circuit to have a large scale, high speed, flexibility (reconfigurable), and such requirements. In order to satisfy the above, it is conceivable to use a circuit in which an optical circuit and an electronic circuit by optical connection are mixed, that is, a photoelectric fusion circuit.

従来、光ファイバや光導波路などを用いた光回路を電子回路とともに混載するシステムの設計においては、図15に示すシステム設計の初期段階で、図16に示すように光回路と電子回路が明確に分離され、独立した設計が行われていた。しかし、この様な設計手法では、光回路と電子回路が独立に設計されていたため、両方の回路(ハード)性能を十分に生かした設計を行なうことは難しかった。さらに言えば、光回路、電子回路のそれぞれとしては最適な設計が可能であったが、光電融合回路としてトータルに最適化された設計の遂行は不十分であった。また、光電融合回路としてのトータル設計には、両方の回路に対しての高度な知識と、多大な時間、コストを要した。 Conventionally, in the design of a system in which an optical circuit using an optical fiber, an optical waveguide or the like is mounted together with an electronic circuit, the optical circuit and the electronic circuit are clearly shown in FIG. 16 at the initial stage of the system design shown in FIG. Separate and independent design was done. However, in such a design method, since the optical circuit and the electronic circuit are designed independently, it is difficult to perform a design that fully utilizes the performance of both circuits (hardware). Furthermore, although it was possible to optimally design each of the optical circuit and the electronic circuit, the performance of the total optimization as the photoelectric fusion circuit was insufficient. In addition, the total design as a photoelectric fusion circuit requires advanced knowledge of both circuits, and a great deal of time and cost.

上記課題に鑑み、本発明の電気配線と光接続を有する回路(光電融合回路)の設計方法は、設計の最適化に向けて、少なくとも下記のステップを有することを特徴とする。
回路接続リスト(ネットリスト)を生成する第1のステップ、
回路接続リストから、電子回路が担う接続リスト(電気ネット)と光接続が担う接続リスト(光ネット)を生成するする第2のステップ、
電気ネットに基づいて部品の配置さらには配線の設計を行なう第3のステップ、
光ネットに基づいて光接続の設計を行なう第4のステップ。
In view of the above problems, the method for designing a circuit (photoelectric fusion circuit) having an electrical wiring and an optical connection according to the present invention is characterized by having at least the following steps for optimization of the design.
A first step of generating a circuit connection list (net list);
A second step of generating, from the circuit connection list, a connection list (electric net) carried by the electronic circuit and a connection list (optical net) carried by the optical connection;
A third step of designing parts placement and wiring based on the electrical net;
A fourth step of designing an optical connection based on the optical net.

好適には、前記第2のステップの後、前記第3のステップと第4のステップの前に、光電変換機能を有した部品である光ポートの配置を行なう第5のステップを実行するとよい。この様に、特に光回路と電子回路のインターフェースである光ポートに対して優先的に配置設計を行なうことで、光回路と電子回路それぞれの最適設計に加え、光電融合回路の全体としての最適化が更に図られる。 Preferably, after the second step, before the third step and the fourth step, a fifth step of arranging an optical port which is a component having a photoelectric conversion function may be executed. In this way, by optimizing the layout design especially for the optical port that is the interface between the optical circuit and the electronic circuit, in addition to the optimal design of the optical circuit and the electronic circuit, the optoelectronic integrated circuit as a whole is optimized. Is further planned.

また、次の様にもできる。
前記第2のステップにおいて、電気ネットの数が少なくなる様に、電気ネットと光ネットの生成がなされたり、前記第5のステップにおいて、総電気配線長が短くなる様に、光ポートの配置がなされる様にできる。また、前記第3のステップの配置配線設計と前記第4のステップの光接続の設計の検証を行って、前記第2乃至5のいずれかのステップに戻るか、設計を終了するかを判断する第6のステップを有する様にもできる。
You can also do the following:
In the second step, the generation of the electric net and the optical net is made so that the number of electric nets is reduced, or in the fifth step, the arrangement of the optical ports is made so that the total electric wiring length is shortened. Can be done. Further, the placement and routing design in the third step and the optical connection design in the fourth step are verified, and it is determined whether to return to any one of the second to fifth steps or to finish the design. It is also possible to have a sixth step.

また、前記光電融合回路が、複数の半導体チップと電気配線層と光接続層を有したパッケージ構造からなり、半導体チップ間の接続の少なくとも一部において光接続層を介する光接続がなされる。この場合、前記光接続層が、2次元光導波路と、該2次元光導波路との間で光信号の入出力を行なう光ポートを有し、任意の光ポート間の組み合わせに渡って相互光接続が可能である様にできる。さらには、前記半導体チップが再構成可能な回路を有しており、半導体チップの内部構成を変更可能であることに加え、さらに前記光接続層を介して半導体チップ間の光接続を変更することが可能である様にもできる。 The photoelectric fusion circuit has a package structure having a plurality of semiconductor chips, an electric wiring layer, and an optical connection layer, and at least a part of the connection between the semiconductor chips is optically connected through the optical connection layer. In this case, the optical connection layer has a two-dimensional optical waveguide and an optical port for inputting / outputting an optical signal between the two-dimensional optical waveguide, and mutual optical connection is performed across any combination of optical ports. Can be as possible. Furthermore, the semiconductor chip has a reconfigurable circuit, the internal configuration of the semiconductor chip can be changed, and further, the optical connection between the semiconductor chips is changed via the optical connection layer. Can also be possible.

また、上記課題に鑑み、本発明の光電融合回路の設計装置は少なくとも下記の手段を有することを特徴とする。
回路接続リストから電子回路接続リストと光接続リストを生成する第1の手段、
回路接続リストと電子回路接続リストと光接続リストを記憶する第2の手段、
電子回路接続リストに基づいて、電子回路のレイアウト設計を行なう第3の手段、
光接続リストに基づいて、光接続の設計を行なう第4の手段。
光電変換機能を有した部品である光ポートの配置を行なう第5の手段を有したり、前記第3の手段の配置配線設計と前記第4の手段の光接続の設計の検証を行って、設計を終了するか否かを判断する第6の手段、前記第1乃至6の手段の実施順序を制御する制御手段を有する様にもできる。こうした設計装置により、上記設計方法が確実かつ好適に実施される。
In view of the above problems, the optoelectronic circuit designing device of the present invention has at least the following means.
A first means for generating an electronic circuit connection list and an optical connection list from the circuit connection list;
A second means for storing a circuit connection list, an electronic circuit connection list and an optical connection list;
A third means for designing the layout of the electronic circuit based on the electronic circuit connection list;
Fourth means for designing an optical connection based on the optical connection list.
The fifth means for arranging the optical port, which is a component having a photoelectric conversion function, or the placement and wiring design of the third means and the verification of the optical connection design of the fourth means, A sixth means for determining whether or not to end the design and a control means for controlling the execution order of the first to sixth means may be provided. With such a design apparatus, the above design method is reliably and suitably implemented.

また、上記課題に鑑み、本発明の光電融合回路の設計用プログラムは少なくとも下記のステップをコンピュータに実行させることを特徴とする。
回路接続リストから電子回路接続リストと光接続リストを生成する第1のステップ、
電子回路接続リストに基づいて、電子回路のレイアウト設計を行なう第2のステップ、
光接続リストに基づいて、光接続の設計を行なう第3のステップ。
前記第1のステップの後、前記第2のステップと第3のステップの前に、光電変換機能を有した部品である光ポートの配置をコンピュータに実行させる第4のステップを有したり、設計の検証を行って、該検証の結果に基づいて次に行なうステップの選択をコンピュータに実行させる分岐ステップを有する様にもできる。こうした設計用プログラムを、ネットリスト、評価指針などのデータとともにコンピュータに実装することにより、上記設計方法が確実かつ好適に実施される。
In view of the above-described problems, the optoelectronic circuit design program according to the present invention causes a computer to execute at least the following steps.
A first step of generating an electronic circuit connection list and an optical connection list from the circuit connection list;
A second step of designing the layout of the electronic circuit based on the electronic circuit connection list;
A third step of designing an optical connection based on the optical connection list.
After the first step, before the second step and the third step, there may be a fourth step for causing the computer to execute the arrangement of the optical port, which is a component having a photoelectric conversion function. It is also possible to have a branching step that causes the computer to execute the selection of the next step based on the result of the verification. By mounting such a design program on a computer together with data such as a netlist and an evaluation guideline, the above design method is reliably and suitably implemented.

また、上記課題に鑑み、本発明の光電融合回路は、複数の電子回路と電気配線部と光接続部を有し、上記の設計方法を用いて設計がなされ得るように構成されたこと、或いは上記の設計方法を用いて設計がなされたことを特徴とする。こうした光電融合回路により、本発明の設計方法が実行できる様になる。 Further, in view of the above problems, the photoelectric fusion circuit of the present invention has a plurality of electronic circuits, an electrical wiring portion, and an optical connection portion, and is configured to be designed using the above design method, or It is characterized by being designed using the above design method. Such a photoelectric fusion circuit enables the design method of the present invention to be executed.

また、上記課題に鑑み、本発明の光電融合回路の再構成装置は、上記の光電融合回路の設計装置と、入出力手段を有し、該入出力手段からの情報に基づいて該設計装置において設計がなされ、該設計の結果を再構成可能な光電融合回路に実装できる様に構成されていることを特徴とする。ここにおいて、前記入出力手段から入力した被処理データを、前記設計の結果を実装された再構成可能な光電融合回路で処理して、該処理データを該入出力手段から出力する様にも構成され得る。こうした再構成装置は、上記本発明の設計装置の適用例であり、リアルタイムで再構成可能な光電融合システムなどの光電融合再構成システムを実現するものである。 Further, in view of the above problems, a photoelectric fusion circuit reconfiguration device according to the present invention includes the above-described photoelectric fusion circuit design device and input / output means. In the design device based on information from the input / output means, It is characterized in that the design is made and the result of the design can be mounted on a reconfigurable optoelectronic circuit. Here, the processing data input from the input / output means is processed by a reconfigurable optoelectronic circuit mounted with the design result, and the processing data is output from the input / output means. Can be done. Such a reconstruction device is an application example of the design device of the present invention, and realizes a photoelectric fusion reconstruction system such as a photoelectric fusion system that can be reconfigured in real time.

また、上記課題に鑑み、本発明の光電融合回路の再構成方法は、再構成可能な光電融合回路と、上記の光電融合回路の設計装置とを用い、入力情報に基づいて該設計装置において設計し、該設計の結果を該再構成可能な光電融合回路に実装することを特徴とする。この再構成方法は、上記本発明の設計装置や光電融合回路の使用例であり、上記光電融合再構成システムに対応する再構成方法である。 Further, in view of the above problems, the photoelectric fusion circuit reconfiguration method of the present invention uses a reconfigurable photoelectric fusion circuit and the above-described photoelectric fusion circuit design apparatus, and designs in the design apparatus based on input information. The result of the design is mounted on the reconfigurable optoelectronic circuit. This reconfiguration method is a usage example of the design apparatus and photoelectric fusion circuit of the present invention, and is a reconfiguration method corresponding to the photoelectric fusion reconstruction system.

また、上記課題に鑑み、本発明の光電融合回路の設計評価装置は、上記の光電融合回路の設計装置と、該設計装置の設計の結果を再構成可能な光電融合回路に実装し、動作させて、該設計の結果を評価する評価手段を有することを特徴とする。こうした設計評価装置も、上記本発明の設計装置の適用例であり、再構成可能な光電融合回路をエミュレータとして用いて光電融合回路の設計を行なうものである。 Further, in view of the above problems, the photoelectric evaluation circuit design evaluation apparatus of the present invention is implemented by mounting the above-described photoelectric fusion circuit design apparatus and the design result of the design apparatus on a reconfigurable photoelectric fusion circuit. And an evaluation means for evaluating the result of the design. Such a design evaluation apparatus is also an application example of the above-described design apparatus of the present invention, and designs a photoelectric fusion circuit using a reconfigurable photoelectric fusion circuit as an emulator.

また、上記課題に鑑み、本発明の光電融合回路の設計評価方法は、再構成可能な光電融合回路と、上記の光電融合回路の設計装置とを用い、該設計装置の設計の結果を該再構成可能な光電融合回路に実装し、動作させて、該設計の結果を評価することを特徴とする。この設計評価方法も、上記本発明の設計装置や光電融合回路の使用例であり、上記設計評価装置に対応する設計評価方法である。 In view of the above problems, the photoelectric evaluation circuit design evaluation method of the present invention uses a reconfigurable photoelectric fusion circuit and the above-described photoelectric fusion circuit design apparatus, and redesigns the design apparatus. It is mounted on a configurable optoelectronic circuit, operated, and the result of the design is evaluated. This design evaluation method is also a usage example of the design apparatus and the photoelectric fusion circuit of the present invention, and is a design evaluation method corresponding to the design evaluation apparatus.

この様に、本発明の設計手法、設計装置を用いることで、ハードウエアの性能を生かして比較的短時間でより最適な光電融合回路の設計を信頼性高く行なうことができる。ここにおいて、電子回路設計と光回路設計の融合された設計手法を用いるので、電子回路と光回路が協調した設計がなされ、全体として高度に最適化された光電融合回路の設計を実現できる。これにより、最終的な光電融合回路のコストパフォーマンスを優れたものにできる。また、本発明の設計手法は、再構成が可能な(リコンフィギュアラブル:Reconfigurable)光電融合回路の自動設計に、適用できる。 In this way, by using the design method and design apparatus of the present invention, it is possible to design a more optimal optoelectronic circuit with high reliability in a relatively short time by utilizing the performance of hardware. Here, since a design method in which electronic circuit design and optical circuit design are integrated is used, the electronic circuit and the optical circuit are designed in a coordinated manner, and a highly optimized optoelectronic circuit design as a whole can be realized. Thereby, the cost performance of the final photoelectric fusion circuit can be made excellent. Further, the design method of the present invention can be applied to automatic design of a reconfigurable photoelectric fusion circuit.

特に、第2のステップにおいて、電気ネットの数が最小になる様に電気ネットおよび光ネットの生成を行なうこと、或いは、第3のステップにおいて、総電気配線長が短くなる様に、光ポートの配置を行なうことで、光回路と電子回路が高度に協調して設計された光電融合回路を実現できる。 In particular, in the second step, the generation of the electric net and the optical net is performed so that the number of electric nets is minimized, or in the third step, the total length of the electric wiring is shortened so that the total electric wiring length is shortened. By performing the arrangement, it is possible to realize a photoelectric fusion circuit in which an optical circuit and an electronic circuit are designed in a highly cooperative manner.

図1に、本発明の光電融合回路の設計フローの概略を示す。要求仕様20に基づき概略的なシステム設計21を行った後、論理設計22、回路設計を経て、回路接続リスト(ネットリスト)10を生成し、これを基に、本発明に特徴的な光電融合設計11を行なう。 FIG. 1 shows an outline of the design flow of the photoelectric fusion circuit of the present invention. After a schematic system design 21 based on the required specification 20, a circuit connection list (net list) 10 is generated through a logic design 22 and a circuit design, and based on this, a photoelectric fusion characteristic of the present invention is created. Perform design 11.

以下、それぞれの工程について説明する。
まず、システム設計21においては、要求仕様20を鑑み、概略的なシステムの構成を決める。要求仕様20は、実現すべき機能すなわち機能仕様と設計制約からなる。機能仕様とは、回路が満たすべき機能であり、任意の制御アルゴリズム、画像処理、音声処理など、用途に応じて様々に設定される。一方で、設計制約とは、性能、消費電力、コスト、設計期間などである。これらを踏まえ、システム設計21で、ハードとソフトの分割や、ハードの構成の概略を決める。ハードの構成としては、例えば、半導体チップの数や種類、電気配線基板の層数、面積、数量、後述する光接続モジュールの構成などが例として挙げられる。ただし、これらハード構成の一部は、設計制約として制約される場合もある。
Hereinafter, each process will be described.
First, in the system design 21, a schematic system configuration is determined in view of the required specification 20. The required specification 20 includes functions to be realized, that is, functional specifications and design constraints. The functional specification is a function to be satisfied by the circuit, and is set variously depending on the application, such as an arbitrary control algorithm, image processing, and audio processing. On the other hand, design constraints include performance, power consumption, cost, design period, and the like. Based on these considerations, the system design 21 determines the division of hardware and software and the outline of the hardware configuration. Examples of the hardware configuration include, for example, the number and type of semiconductor chips, the number of layers of the electrical wiring substrate, the area, the quantity, and the configuration of the optical connection module described later. However, some of these hardware configurations may be restricted as design constraints.

先に述べたように、従来は、システム設計の段階で、光回路と電子回路が分離され、それ以降では独立した設計が行われていたが、本発明のシステム設計21においては、電子回路と光接続の分割を行わない。 As described above, in the past, the optical circuit and the electronic circuit were separated at the system design stage, and the independent design was performed thereafter, but in the system design 21 of the present invention, the electronic circuit and Does not split the optical connection.

次に、論理設計22を行い、ネットリスト10を得る。ネットリストは、回路の接続情報を記したデータである。本発明において、ネットリスト10を得る手段については、特に拘らず、任意の論理合成ツール、その他の手段を用いることができる。例えば、ハードウエア記述言語(hardware
description language)を用いてRTL(register transfer level)で記述し、論理合成ツールを用いて論理合成を行い、ゲートレベルのネットリストを得る。この段階で、論理検証のシミュレーションを行い、設計の信頼性を高めることもできる。
Next, the logic design 22 is performed to obtain the netlist 10. The netlist is data describing circuit connection information. In the present invention, the means for obtaining the netlist 10 is not particularly limited, and any logic synthesis tool or other means can be used. For example, a hardware description language (hardware
It is described in RTL (register transfer level) using description language), and logic synthesis is performed using a logic synthesis tool to obtain a gate level netlist. At this stage, logic verification simulation can be performed to increase the reliability of the design.

他には、C言語での記述から、動作合成を行い、ネットリストを作成してもよい。また、プロセッサ、メモリ、インターフェース、データ圧縮、画像処理など、任意のIP(intellectual
property)マクロを使用して論理設計を行なうこともできる。また、ネットリストとしては、トランジスタレベル、ゲートレベル、セルレベル、機能ブロック(セルの集合)レベル、IPマクロのレベルなど、任意の接続情報を適用できる。さらには、アナログ回路を有した設計の場合には、この段階でアナログ部分の回路設計を終え、マクロとして使用して、ネットリスト作成工程を前に進めることができる。
Alternatively, a netlist may be created by performing behavioral synthesis from a description in C language. In addition, any IP (intellectual) such as processor, memory, interface, data compression, image processing, etc.
property) macros can also be used for logical design. As the netlist, any connection information such as a transistor level, a gate level, a cell level, a functional block (cell set) level, an IP macro level, or the like can be applied. Furthermore, in the case of a design having an analog circuit, the circuit design of the analog part is finished at this stage and used as a macro, so that the net list creation process can be advanced.

引き続き、ネットリスト10に基づいて、光電融合設計11を行い、設計結果(出力情報)24を得る。この設計結果24を基に、マスク設計を行い、半導体チップやプリント基板、光伝送媒体や光ポートなどを含む光モジュールなどが製造されることになる。また、半導体チップにFPGAなどの再構成可能なデバイスを用いる場合には、この出力情報を基にチップ内部構成が変更、すなわち再構成(コンフィギュレーション)される。さらに、チップ間の光接続が再構成可能な場合には、この出力を基にチップ間接続の再構成ができる。   Subsequently, photoelectric fusion design 11 is performed based on the netlist 10, and a design result (output information) 24 is obtained. Based on the design result 24, mask design is performed, and an optical module including a semiconductor chip, a printed board, an optical transmission medium, an optical port, and the like is manufactured. When a reconfigurable device such as an FPGA is used for the semiconductor chip, the internal configuration of the chip is changed, that is, reconfigured (configured) based on the output information. Furthermore, when the optical connection between chips can be reconfigured, the connection between chips can be reconfigured based on this output.

従来の設計手法、すなわち初期システム設計において電子回路と光回路の分離を行なう図16の手法に比べて、本発明の設計手法および設計装置では、ネットリストを生成後(すなわち論理設計後)に、光電融合回路の設計(前述の第2〜第5ステップ)が行われる。特に第2のステップで行われる光接続と電気配線の割り当てが、回路接続リスト(ネットリスト)生成のステップ以降で行われることにより、以下に記す作用がある。   Compared to the conventional design method, that is, the method of FIG. 16 in which the electronic circuit and the optical circuit are separated in the initial system design, in the design method and the design apparatus of the present invention, after the netlist is generated (that is, after the logic design), The optoelectronic circuit is designed (the second to fifth steps described above). In particular, the optical connection and electrical wiring assignment performed in the second step are performed after the step of generating the circuit connection list (net list), thereby providing the following effects.

まず、検証工程19において設計結果に不具合が見られた際に、従来の手法では最上流のシステム設計まで遡って設計変更を行なう必要が生じる(実際には必要ない場合でも、システム設計まで遡っての再設計の可能性を考える必要がある)。一方で、本発明の手法ではネットリスト生成以降の工程でのみ再設計を行なうだけでよい。これにより、再設計の負荷が小さくなり、開発時間の短縮に繋がる。 First, when a failure is found in the design result in the verification process 19, it is necessary to make a design change retroactively to the most upstream system design in the conventional method (even if it is not actually necessary, retroactively go back to the system design) Need to consider the possibility of redesign of On the other hand, in the method of the present invention, it is only necessary to perform redesign only in the steps after the netlist generation. This reduces the redesign load and leads to shortened development time.

また、ネットリスト10の生成までは、光接続を用いる光回路に関する設計制約に依存しないので、知的資産であるネットリストを再利用し易い。すなわち、電子回路のみでシステムを実現しようとして作成したネットリストをそのまま用いられる。さらに、光モジュールをはじめとするハードウエアの仕様変更に際し、論理設計に大きな変更を施す必要がない。例えば、光モジュールのスペックアップがなされた場合に、論理設計に大きな変更を加えることなく、光電融合回路としての最適化、性能向上が図れる。 Further, since the generation of the netlist 10 does not depend on the design constraints related to the optical circuit using the optical connection, it is easy to reuse the netlist that is an intellectual asset. In other words, a net list created in order to realize a system with only electronic circuits can be used as it is. Furthermore, it is not necessary to make major changes to the logical design when changing the hardware specifications including the optical module. For example, when the specifications of an optical module are improved, optimization and performance improvement as a photoelectric fusion circuit can be achieved without greatly changing the logic design.

次に、本発明の光電融合設計11の手法について、図2を用いて説明する。光電融合設計11においては、まず、ネットリスト10から電子回路が担う接続リスト(電気ネット13)と光接続が担う接続リスト(光ネット14)を生成する。この電気ネットと光ネットの生成のステップ12においては、光モジュールのハード仕様(制約条件)を踏まえて、ネットリストから電気ネット13と光ネット14を生成する。例えば、光モジュールに搭載可能な光ポートの数が予め決まっている場合には、これにより光ネットで扱えるネットの数は制限される。これを踏まえて、ネットリスト10の中から、光ネット14に割り当てるものを選択する。この際、光モジュールの性能を最大限に生かした設計を施すのが好ましい。 Next, the method of the photoelectric fusion design 11 of the present invention will be described with reference to FIG. In the optoelectronic design 11, first, from the netlist 10, a connection list (electrical net 13) for an electronic circuit and a connection list (optical net 14) for an optical connection are generated. In step 12 of generating the electric net and the optical net, the electric net 13 and the optical net 14 are generated from the net list based on the hardware specifications (constraints) of the optical module. For example, when the number of optical ports that can be mounted in the optical module is determined in advance, the number of nets that can be handled by the optical net is thereby limited. Based on this, one to be assigned to the optical net 14 is selected from the net list 10. At this time, it is preferable to apply a design that maximizes the performance of the optical module.

また、本ステップ12において、複数のネットリストを1つの光接続(光ネット)に担わせることが可能である。例えば、複数のパラレル接続を1対1のシリアル光接続に担わせられる。この際、光接続は高速な信号伝送が可能なため、時分割で複数の配線相当の情報を伝送できる。他にも、光モジュールに、後述する面状ないし2次元(2D)の光導波路を用いた光自由回路を適用した場合には、複数のファンアウト信号をブロードキャスト光接続に担わせることなどが考えられる。機能的には、光自由回路とは、任意の光ポート間の組み合わせに渡って相互に光接続が可能な回路である。 Further, in this step 12, a plurality of net lists can be assigned to one optical connection (optical net). For example, a plurality of parallel connections can be assigned to a one-to-one serial optical connection. At this time, since the optical connection is capable of high-speed signal transmission, information corresponding to a plurality of wirings can be transmitted in a time division manner. In addition, when an optical free circuit using a planar or two-dimensional (2D) optical waveguide, which will be described later, is applied to the optical module, it is considered that multiple fan-out signals are assigned to the broadcast optical connection. It is done. Functionally, an optical free circuit is a circuit that can be optically connected to each other across any combination of optical ports.

この様に複数のネットリストをそれよりも少ない数の光ネットに担わせられるので、光ネットで扱えるネットの数は一意に決まらない。すなわち、光モジュールの構成や光ネットへの割り当て方に依存して、電気ネットの数が変わりうる。特に、光自由回路を適用した系においては、光接続の多様性が高く、多様な光ネットへの割り当てが考えられる。例えば、予め光ポートの数が決められた場合を考えると、1:1の光接続のみで扱えるネットの数はポートの数の半分に限定されるが、光自由回路においてはこれよりも多くのネットを光ネットとして扱うことが可能である。 In this way, since a plurality of net lists can be assigned to a smaller number of optical nets, the number of nets that can be handled by the optical net is not uniquely determined. In other words, the number of electrical nets can vary depending on the configuration of the optical module and the way of allocation to the optical net. In particular, in a system to which an optical free circuit is applied, the diversity of optical connections is high, and allocation to various optical networks can be considered. For example, considering the case where the number of optical ports is determined in advance, the number of nets that can be handled by only 1: 1 optical connection is limited to half the number of ports. The net can be treated as an optical net.

光自由回路を適用した場合には、本ステップ12においては、光自由回路の特徴を生かすために、電気ネット13の数がなるべく少なくなる様に実施することが好ましい。実際の設計例としては、光ネットと電気ネットの組を複数生成し、それぞれに対して電気ネットの数を算出し、これが最小になるものを選択することが例として挙げられる。   When the optical free circuit is applied, it is preferable that this step 12 is performed so that the number of the electric nets 13 is as small as possible in order to make use of the characteristics of the optical free circuit. As an actual design example, a plurality of pairs of optical nets and electrical nets are generated, the number of electrical nets is calculated for each, and the one that minimizes this is selected.

より具体的には、ネットリストの中の高Fan-out、高Fan-inの部分やパラレル接続の部分が優先的に光ネット14に割り当てることが例として挙げられる。図3はFan-outの部分にブロードキャスト光接続を行なうことで、電気ネットの数が減少することを示す図である。
(a)はネットリストにおける接続を図示したものであり、(b)は光ネットにおける接続を図示したものである。ネットリストでは4つのネット(電気ネットでは4つのネット)が、1つの光ネットで実現できることが分かる。この様な部位を光ネット14に積極的に割り当てることで、電気ネット13の数を減少させられる。
More specifically, a high Fan-out, high Fan-in part and a parallel connection part in the net list are preferentially assigned to the optical network 14 as an example. FIG. 3 is a diagram showing that the number of electric nets is reduced by performing broadcast optical connection to the Fan-out portion.
(a) illustrates the connection in the net list, and (b) illustrates the connection in the optical net. In the net list, it can be seen that four nets (four nets in the electric net) can be realized by one optical net. By actively assigning such parts to the optical net 14, the number of electrical nets 13 can be reduced.

高Fan-outの電気接続によって、ドライバーの負荷が大きくなったり、電気信号波形の乱れが大きくなったりする。この様な接続を光接続に担わせることは、電気ネットの数を減らすということ観点に加えて、電気配線のEMIの観点からも好ましい選択といえる。 High fan-out electrical connections increase the driver's load and disrupt the electrical signal waveform. Making such a connection as an optical connection is a preferable choice from the viewpoint of EMI of electric wiring, in addition to reducing the number of electric nets.

他にも、高速なデータ伝送が可能である光接続の特徴を生かすために、パラレル配線を積極的に光ネットに割り当て、シリアル光接続として扱うことも、好ましい例である。さらには、高速な信号を伝送するネットが予め分かっている場合には、これを光ネットに割り当てることもできる。特に、高速なパラレル電気配線は、クロストークが生じ易いので、これを光接続で実現することは、EMIの観点からも好ましい選択といえる。これらを踏まえ、図4(a)のようなパラレル接続がFan-outする部分を、(b)のように光ポート102を持つ光ネットに割り当てる例は、最も光自由回路の特徴を生かせる例の1つである。 In addition, in order to take advantage of the characteristics of the optical connection capable of high-speed data transmission, it is also a preferable example that the parallel wiring is positively assigned to the optical net and handled as a serial optical connection. Furthermore, when a net for transmitting a high-speed signal is known in advance, it can be assigned to an optical net. In particular, since high-speed parallel electrical wiring is likely to cause crosstalk, it can be said that realizing this by optical connection is a preferable choice from the viewpoint of EMI. Based on these considerations, the example of assigning the fan-out part of the parallel connection as shown in Fig. 4 (a) to the optical net with the optical port 102 as shown in (b) is an example that makes the most of the characteristics of the optical free circuit. One.

上述の様な方法で、電気ネット13の数がなるべく少なくなる様に電気ネット13及び光ネット14の生成を行なうことは、以下のような効果に繋がる。 Generating the electric net 13 and the optical net 14 so that the number of the electric nets 13 is reduced as much as possible by the above-described method leads to the following effects.

まず、電子回路においてボトルネックとなり易い配線(ネット)や、他の電気配線に大きな制約を与える配線を、優先的に光ネットに割り当てることができる。これにより、後段の電子回路レイアウト設計18の負荷を軽くできる。さらには、光モジュール、特に光自由回路のハード構成を十分に生かした設計結果24を出力できる。これらにより、最終的な光電融合回路の設計及びハードの最終形態を良好なものにできる。 First, wiring (net) that tends to be a bottleneck in an electronic circuit and wiring that greatly restricts other electrical wiring can be preferentially assigned to an optical net. As a result, the load on the subsequent electronic circuit layout design 18 can be reduced. Furthermore, it is possible to output a design result 24 that fully utilizes the hardware configuration of the optical module, particularly the optical free circuit. By these, the design of the final optoelectronic circuit and the final form of the hardware can be improved.

ここでは、好ましい例として、電気ネットの数がなるべく少なくなる様に電気ネット及び光ネットの生成を行なう手法について詳述したが、他の任意の指針に基づいて本ステップ12を行ってもよい。例えば、光ポート102の数が少なくなる様に行なうことや、総電気配線長が短くなる様に行なうことや、消費電力が小さくなる様に行なうことや、回路面積が小さくなる様に行なうことなどが挙げられる。最終的に目指す機能仕様を踏まえて、任意に選択できる。 Here, as a preferred example, the method of generating the electric net and the optical net so as to reduce the number of electric nets as much as possible has been described in detail. However, Step 12 may be performed based on any other guideline. For example, to reduce the number of optical ports 102, to reduce the total electrical wiring length, to reduce power consumption, to reduce circuit area, etc. Is mentioned. It can be arbitrarily selected based on the functional specifications that are ultimately aimed at.

また、電気ネット13と光ネット14の生成後、必要であれば、光回路の周辺に新たにレジスタ、フリップフロップ、シリアライザ、デシリアライザなどの電子回路(電気ネット)の追加を行ってもよい。この際には、これらの追加内容が、電気ネットに追加される。例えば、パラレル電気配線の部分を光接続に割り当てた際には、送信側の光ポート102にはシリアライザ、受信側の光ポート102にはデシリアライザを追加することなどが考えられる。この電気ネットの追加は、電気ネットの数を増加させ、先に記した電気ネットの数が少なくなる様に設計を行なうことが好ましいという指針とは反する方向になる。ところが、ここで増えるネットは光ポート周辺において局所的に生じるものであり、設計上の大きなボトルネックとなりにくい。そこで、ここでの増分は、先の電気ネット数の判断に必ずしも含める必要はない。 Further, after the generation of the electric net 13 and the optical net 14, if necessary, a new electronic circuit (electric net) such as a register, flip-flop, serializer, or deserializer may be added around the optical circuit. At this time, these additional contents are added to the electric net. For example, when the parallel electrical wiring portion is assigned to the optical connection, a serializer may be added to the transmission-side optical port 102 and a deserializer may be added to the reception-side optical port 102. The addition of the electric net is in a direction contrary to the guideline that the number of electric nets is increased and the design is preferably performed so that the number of electric nets is reduced. However, the number of nets increasing here is locally generated around the optical port, and is unlikely to be a large design bottleneck. Therefore, the increment here is not necessarily included in the determination of the number of electric nets.

この後、上記電気ネットと光ネットの生成に対する検証を行ってもよい。例えば、分割前のネットリストの内容と、電気ネットと光ネットを合わせたものが、論理的に一致するかの検証を行なえる。さらには、光ネットや、追加した電子回路の部分に対して、再度、論理検証をしておくことが挙げられる。 Thereafter, verification of the generation of the electric net and the optical net may be performed. For example, it is possible to verify whether the contents of the net list before the division and the combination of the electric net and the optical net logically match. Furthermore, logic verification may be performed again on the optical network and the added electronic circuit portion.

次に、電気ネット13、光ネット14を基に、光電融合レイアウト設計15を行なう。この工程では、各種部品の配置、電気配線の接続、光接続などを設計する。ここで、部品とは、スタンダードセル方式のLSIにおけるセル、さらには、セルの集合体で1つの機能を有した機能ブロック、さらにはIPマクロに対応したブロックなどである。FPGAを適用した系においては、論理セル、コンフィギャラブルブロック(論理セルの集合体)、IPマクロに対応したブロックなどもこれにあたる。さらには、複数のチップを搭載するシステムである場合には、1つのチップやデバイスなども部品に含まれる。後述の光ポート(光の出力及び入力の少なくとも一方を行なうポート)もこれに含まれる。 Next, a photoelectric fusion layout design 15 is performed based on the electric net 13 and the optical net 14. In this process, the arrangement of various parts, connection of electrical wiring, optical connection, and the like are designed. Here, the component refers to a cell in a standard cell LSI, a functional block having one function in a set of cells, a block corresponding to an IP macro, and the like. In a system to which an FPGA is applied, a logic cell, a configurable block (a collection of logic cells), a block corresponding to an IP macro, and the like correspond to this. Furthermore, in the case of a system in which a plurality of chips are mounted, one chip or device is also included in the component. This includes an optical port described later (a port that performs at least one of light output and input).

すなわち、複数のチップを搭載する光電融合回路において云えば、この工程では、チップの配置、後述の光ポートの配置、チップ間の配線、光ポート間の光接続、チップ内のセル配置、チップ内の電気配線などの設計を行なう。 That is, in the photoelectric fusion circuit mounting a plurality of chips, in this step, the chip arrangement, the optical port arrangement described later, the wiring between the chips, the optical connection between the optical ports, the cell arrangement in the chip, the chip internal Design of electrical wiring and so on.

本発明の光電融合レイアウト設計15では、総電気配線長が短くなる様に設計を行なうのが好ましい。総電気配線長が短いことは、光モジュール、特に光自由回路が有効に機能していることを示すものである。総電気配線長を短くする手法としては、様々な手法が考えられるが、特に光回路と電子回路のインターフェースである光ポートに対して優先的に配置設計を行なうのが好ましい手法である。この様な観点から、図2の様に、まず、光ポートの配置16を行なう。ここで、光ポートの配置16は、以下に記すように光回路、電子回路の両方を考慮して設計する。両方を考慮して配置を行なうことで、光電融合回路としてトータルに最適化された設計を得られる。 In the photoelectric fusion layout design 15 of the present invention, it is preferable to design so that the total electrical wiring length is shortened. The short total electrical wiring length indicates that the optical module, particularly the optical free circuit, functions effectively. Various methods are conceivable as a method for shortening the total electrical wiring length, but it is preferable to preferentially design the arrangement with respect to the optical port which is an interface between the optical circuit and the electronic circuit. From this point of view, the optical port arrangement 16 is first performed as shown in FIG. Here, the optical port arrangement 16 is designed in consideration of both an optical circuit and an electronic circuit as described below. By arranging both in consideration, it is possible to obtain a totally optimized design as a photoelectric fusion circuit.

まず、光ポートの位置はなるべく分散して配置されるのが好ましい。なぜなら、高度な接続が可能な光ポートの近傍は、電気配線が混雑する可能性が高いからである。この様な分散配置により、多くの電気ネットを有効に光ポートに接続することが可能になるため、電子回路には多様な設計が可能になる(様々な設計が可能となり、設計範囲が広がる)。さらに、光モジュールとしては、光伝送媒体の効率的な利用やクロストークの低減に寄与する。すなわち、光回路と電子回路のインターフェースである光ポートのこの様な配置は、電子回路、光回路の両方にとって有効に働き、最終的な光電融合回路の性能を高める。 First, the positions of the optical ports are preferably arranged as dispersed as possible. This is because there is a high possibility that the electrical wiring is congested in the vicinity of the optical port capable of advanced connection. Such a distributed arrangement enables many electrical nets to be effectively connected to the optical port, so that various designs of electronic circuits are possible (various designs are possible and the design range is expanded). . Furthermore, the optical module contributes to efficient use of the optical transmission medium and reduction of crosstalk. That is, such an arrangement of the optical port that is an interface between the optical circuit and the electronic circuit works effectively for both the electronic circuit and the optical circuit, and improves the performance of the final photoelectric fusion circuit.

他には、電気配線にとって負荷の大きい難しい接続形態を、光接続によって実現できるように光ポートを配置することが好ましい。この様な光ポートの配置により、光電融合回路としてのトータルな最適設計が可能となる。例えば、通常、電気配線としてはx及びy方向のみを用いるのが一般的であるが、そのような場合には、斜め方向に近い光接続がなされるように、意図的に光ポートを配することが好ましい。 In addition, it is preferable to arrange the optical port so that a difficult connection form having a heavy load on the electric wiring can be realized by optical connection. Such an arrangement of the optical ports enables a total optimum design as a photoelectric fusion circuit. For example, in general, it is common to use only the x and y directions as electrical wiring. In such a case, the optical ports are intentionally arranged so that optical connection close to an oblique direction is made. It is preferable.

また、送信用光ポートと受信用光ポートの距離に関していえば、光モジュールのみの観点で考えれば、送受信ポート間の距離の近い方が、光量を多く受信できることから好ましい。しかし、電気配線にとって困難な接続形態という観点では、電気配線が高速な信号を長距離に渡り伝送することが難しいことを鑑み、なるべく遠い距離に光ポートを配することが好ましい。この様に相反する要求から、光接続の伝送を満たす範囲で、なるべく遠距離に送受信用の光ポートを配置することが好ましい。例えば、必要なデータ伝送速度、データ誤り率から最大ポート間距離を簡易的に見積もり、その距離の範囲内で遠い位置にポートを配する(遠いポートのペアを選択する)ことが挙げられる。 In terms of the distance between the optical port for transmission and the optical port for reception, from the viewpoint of only the optical module, it is preferable that the distance between the transmission and reception ports is closer because more light can be received. However, from the viewpoint of a connection form that is difficult for the electric wiring, it is preferable to arrange the optical ports at a distance as far as possible in view of the fact that it is difficult for the electric wiring to transmit a high-speed signal over a long distance. Because of such conflicting demands, it is preferable to arrange optical ports for transmission and reception as far as possible within a range that satisfies the transmission of the optical connection. For example, the maximum port-to-port distance is simply estimated from the required data transmission rate and data error rate, and the ports are arranged at far positions within the distance range (a pair of far ports is selected).

また、光自由回路においてブロードキャスト光接続を行なう場合には、光モジュールとしてのみ考えると、光の有効利用の点から、光放射角が小さくなる様に光ポートを配置することが好ましい。一方で、電気配線にとって困難な接続形態という観点では、なるべく広角にブロードキャストするように光ポートを配置することが好ましい。電気で広角にブロードキャスト配線を配することは、他の配線レイアウトに大きな制約を課すことになるからである。この様に相反する要求に基づき、本実施形態では、光接続の伝送を満たす範囲で、なるべく広角なブロードキャストがなされる様に光ポートを配置することが好ましい。他にも、回路面積や性能を重視する際には広角のブロードキャストを優先的な指針とし、消費電力を重視する際には狭角のブロードキャストを優先的な指針として、光ポートの配置をすることが考えられる。 Further, when performing broadcast optical connection in an optical free circuit, considering only as an optical module, it is preferable to arrange an optical port so that the light emission angle becomes small from the viewpoint of effective use of light. On the other hand, from the viewpoint of a connection form that is difficult for electric wiring, it is preferable to arrange the optical ports so as to broadcast as wide as possible. This is because the distribution of the broadcast wiring at a wide angle by electricity imposes great restrictions on other wiring layouts. Based on such conflicting requirements, in the present embodiment, it is preferable to arrange the optical ports so that the wide-angle broadcast is performed as long as the transmission of the optical connection is satisfied. In addition, when emphasizing circuit area and performance, optical ports should be arranged using wide-angle broadcast as a priority guideline and narrow-angle broadcast as a priority guideline when power consumption is important. Can be considered.

この様に電気配線では難しい接続形態を好んで光接続で実現するように光ポートの配置16をすることで、光モジュールのみにおける最適設計ではなく、光電融合回路全体としての最適設計が実現される。また、予め光ポートの位置が決まったハードウエアを用いる場合には、光ポートの配置16とは、それぞれの光ネットにどの光ポートを割り当てるかという工程となる。上述と同様な考え方で、割り当てを行なえる。 In this way, by arranging the optical ports so as to realize optical connections that are difficult to connect with electrical wiring, the optimal design of the entire optoelectronic circuit is realized, not the optimal design of the optical module alone. . Further, when using hardware in which the position of the optical port is determined in advance, the optical port arrangement 16 is a process of assigning which optical port to each optical net. Allocation can be performed in the same way as described above.

ここでは、好ましい光電融合レイアウトの例として、総電気配線長が短くなる様に光ポートを優先的に配置する手法について詳述したが、他の任意の指針に基づいて本ステップ15を行ってもよい。例えば、消費電力が小さくなる様に行なうことや、回路面積が小さくなる様に行なうことなどが挙げられる。最終的に目指す機能仕様を踏まえて、任意に選択できる。 Here, as an example of a preferable photoelectric fusion layout, the method of preferentially arranging the optical ports so that the total electrical wiring length is shortened has been described in detail, but even if this step 15 is performed based on other arbitrary guidelines. Good. For example, the power consumption can be reduced or the circuit area can be reduced. It can be arbitrarily selected based on the functional specifications that are ultimately aimed at.

次に、電気ネット13に基づいた電子回路レイアウト設計18、光ネット14に基づいた光接続設計17を行なう。光ポートの配置16が終了していれば、電子回路レイアウト設計18と光接続設計17の順番は拘らない。順番に行なってもよいし(どちらが先でもよい)、同時に並列して行ってもよい。ただし、両者は独立して行われる。 Next, an electronic circuit layout design 18 based on the electric net 13 and an optical connection design 17 based on the optical net 14 are performed. If the arrangement 16 of the optical ports is completed, the order of the electronic circuit layout design 18 and the optical connection design 17 does not matter. They may be performed in order (whichever is first) or may be performed in parallel at the same time. However, both are performed independently.

電子回路のレイアウト設計18として、光ポート以外の部品の配置、電気配線、電子回路解析を行なう。ただし、光ポートの配置は前工程ですでに決まっているので、これは制約条件として配置配線を行なうことになる。電子回路の配置配線としては、一般的な手法を適用できる。例えば、配置のための手法としては、ミンカット法(min-cut
placement)等を用いることができる。配線は、線分探索法(line search router)、迷路法(maze-running router)、チャンネル配線法(channel
router)などを用いることができる。また、配線においては、配線領域に設定されたチャンネルに各ネットを割り当てる概略配線と、各チャンネル内において配線経路を決定する詳細配線に分けて行なえる。電子回路解析としては、配線自身の配線抵抗及び配線容量により各ネットにおける信号の遅延値を計算し、その遅延値を基にタイミング解析を行なう。他にも、クロストークや波形ひずみなどのEMI解析を行ってもよい。
As the electronic circuit layout design 18, layout of parts other than the optical port, electrical wiring, and electronic circuit analysis are performed. However, since the arrangement of the optical ports has already been determined in the previous process, this is a placement and routing as a constraint. A general technique can be applied as the placement and wiring of the electronic circuit. For example, the min-cut method (min-cut method)
placement) or the like. Wiring includes line search router, maze-running router, channel wiring method (channel
router) or the like. The wiring can be divided into a schematic wiring for assigning each net to a channel set in the wiring area and a detailed wiring for determining a wiring route in each channel. As an electronic circuit analysis, a delay value of a signal in each net is calculated from the wiring resistance and wiring capacitance of the wiring itself, and timing analysis is performed based on the delay value. In addition, EMI analysis such as crosstalk and waveform distortion may be performed.

また、電子回路レイアウト設計の結果から総電気配線長を算出する。様々な光ポートの配置に対して、設計、算出を行い、総電気配線長が短い光ポートの配置を選択することができる。 Further, the total electrical wiring length is calculated from the result of the electronic circuit layout design. It is possible to design and calculate various optical port arrangements and select an optical port arrangement with a short total electrical wiring length.

光接続設計17では、光伝送媒体の設計、光ポートの設計、光接続の解析などが行われる。光伝送媒体の設計としては、2D光導波路の構成(形状、厚さなど)の設計がなされる。また、図13のようにライン導波路108が2D光導波路に埋め込まれた構成の光伝送媒体101を用いる際には、ライン導波路の配置や構成の設計を行なう。また、光ポートの設計としては、それぞれのポートに対して、送信用光ポート、受信用光ポートの構成を決めることや、種類の選定を行なう。さらに、光ポートにおいて、どの様な態様で光を伝送するか、どの様な光放射角、光放射方向で光を伝達させるか、伝送速度、などを設定する。光接続の解析としては、光接続に用いられる光量の解析、光量解析に基づいた伝送レート解析、遅延解析などが行われる。 In the optical connection design 17, an optical transmission medium design, an optical port design, an optical connection analysis, and the like are performed. As the design of the optical transmission medium, the configuration (shape, thickness, etc.) of the 2D optical waveguide is designed. Further, when the optical transmission medium 101 having a configuration in which the line waveguide 108 is embedded in the 2D optical waveguide as shown in FIG. 13 is used, the arrangement and configuration of the line waveguide are designed. As the design of the optical port, the configuration of the transmission optical port and the reception optical port is determined and the type is selected for each port. Further, in the optical port, the light transmission method, the light emission angle, the light transmission direction, the transmission speed, and the like are set. As the analysis of the optical connection, an analysis of the light amount used for the optical connection, a transmission rate analysis based on the light amount analysis, a delay analysis, and the like are performed.

次に、検証19として、設計結果が、要求仕様(機能、回路速度、回路面積、消費電力など)を満たすものであるかどうかの検証を行なう。様々なシミュレーションを施すことにより、検証を行なえる。特に、回路のタイミング検証においては、電気ネットの遅延解析と、光ネットの遅延解析の両方を考慮した解析を行なうのが好ましい。 Next, as verification 19, it is verified whether the design result satisfies the required specifications (function, circuit speed, circuit area, power consumption, etc.). Verification can be performed by performing various simulations. In particular, in the circuit timing verification, it is preferable to perform analysis in consideration of both the delay analysis of the electric net and the delay analysis of the optical net.

この検証工程において、不具合が見つかった場合には、適宜、前の工程に戻って再設計を施すことができる。ただし、ネットリスト10以前の工程まで戻る必要はない。この検証工程を経た設計結果は、最終的な設計結果24となる。 If a defect is found in this verification process, it is possible to return to the previous process and redesign as appropriate. However, it is not necessary to return to the process before the netlist 10. The design result after this verification process becomes the final design result 24.

上述した本実施形態の光電融合回路の設計手法には、以下のようなメリットがある。
光回路と電子回路それぞれの最適設計に加え、光電融合回路の全体として、デバイスの配置や電気配線、さらには光接続の構成が最適化された設計を、比較的短時間で提供できる。また、特に、電気ネットの数が少なくなる様に電気ネット13と光ネット14の生成を行なう場合には、電子回路レイアウト設計18の負荷を軽くすると共に、光電融合回路のトータル設計として良好な設計を得られる。また、光回路と電子回路のインターフェースである光ポートに対して、優先的に配置がなされるため、光電融合回路のトータル設計として良好な結果を得られる。すなわち、電子回路の最適化、光回路の最適化だけではなく、光電融合回路としての最適化が図られる。
The design method of the photoelectric fusion circuit of the present embodiment described above has the following merits.
In addition to the optimum design of each of the optical circuit and the electronic circuit, a design in which the device arrangement, the electrical wiring, and the optical connection configuration are optimized as a whole of the photoelectric fusion circuit can be provided in a relatively short time. In particular, when the electrical net 13 and the optical net 14 are generated so that the number of electrical nets is reduced, the load of the electronic circuit layout design 18 is reduced, and the total design of the photoelectric fusion circuit is good. Can be obtained. Further, since the optical port which is an interface between the optical circuit and the electronic circuit is preferentially arranged, a good result can be obtained as a total design of the photoelectric fusion circuit. That is, not only the optimization of the electronic circuit and the optical circuit but also the optimization as a photoelectric fusion circuit can be achieved.

また、ネットリスト10から、適当な指針に基づいて電気ネット13と光ネット14の生成を行なった後に、光電融合レイアウト設計15を行なうので、設計の信頼性が高いこと、設計の再現性が高いこと、設計資産の再利用を行い易いことなどの特徴がある。さらに、検証工程を経て前の工程に戻る回数を、あまり繰り返さずに最終的な設計結果24が得られる。 In addition, since the electrical net 13 and the optical net 14 are generated from the netlist 10 based on an appropriate guideline and then the optoelectronic layout design 15 is performed, the design reliability is high and the design reproducibility is high. And easy to reuse design assets. Furthermore, the final design result 24 can be obtained without repeating the number of times of returning to the previous process through the verification process.

以下に具体的な実施例をあげて、本発明を説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に限られるものではなく、上述の概念に含まれるものであれば、その構成、製法、シーケンス、ステップの追加、省略などの変更を行なうことができる。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to the embodiments shown below, and can be changed in configuration, manufacturing method, sequence, addition of steps, omission, etc., as long as they are included in the above concept.

「実施例1」
本実施例は、ハードウエアとして、再構成が可能な(リコンフィギュアラブル:Reconfigurable)光電融合回路を用い、この回路の自動設計に、上述の光電融合レイアウトの手法を適用した例である。再構成が可能な光電融合回路としては、図5に示すように、再構成可能な電子回路(FPGA)107と後述する面状ないし2次元(2D)の光導波路(シート状光伝送媒体)101を用いた光自由回路が混在した回路を用いる。
"Example 1"
In this embodiment, a reconfigurable photoelectric fusion circuit is used as hardware, and the above-described photoelectric fusion layout technique is applied to the automatic design of this circuit. As shown in FIG. 5, a reconfigurable photoelectric fusion circuit includes a reconfigurable electronic circuit (FPGA) 107 and a planar or two-dimensional (2D) optical waveguide (sheet-shaped optical transmission medium) 101 described later. A circuit in which an optical free circuit using the above is mixed is used.

FPGAをはじめとする再構成可能な電子回路においては、規模の増大と高集積化に伴い、特に、電気配線遅延の影響が大きくなり、設計最適化に要する時間、コストが大きくなる傾向がある。一方で、リアルタイムな再構成を必要とするシステムにおいては、より短時間での回路設計が望まれている。また、大規模化に向けて複数のFPGAを電気的に接続する手法が行われているが、チップ間の電気配線は固定であり、柔軟性に欠けるため、複数のチップに渡って再構成回路として機能させるには制限が大きかった。 In reconfigurable electronic circuits such as FPGAs, with the increase in scale and high integration, in particular, the influence of electrical wiring delay increases, and the time and cost required for design optimization tend to increase. On the other hand, in a system that requires real-time reconfiguration, circuit design in a shorter time is desired. In addition, there is a method to electrically connect multiple FPGAs to increase the scale, but the electrical wiring between chips is fixed and lacks flexibility, so a reconfigurable circuit spans multiple chips. As a result, the limit was large.

本実施例で用いる再構成可能な光電融合回路は、FPGA間を光自由回路で相互接続することでこれを解決している。光自由回路は、本質的には完全結合(各光ポート間で自由に光接続ができる結合特性)が可能であり、さらに、マルチキャスト伝送が可能であることなど、その接続自由度は著しく高い。これにより、FPGA間を光自由回路で接続して、複数のチップにまたがる再構成を自由度高く行なうことができる。この様な光電融合回路の構成により、大規模であることに加え、高速性、柔軟性を兼ね備えた再構成回路となっている。さらに、この様な光電融合回路は、光接続を用いることで、チップ内配線のRC信号遅延やEMIの問題を緩和できるため、大規模で高速な再構成可能な回路を実現できる。 The reconfigurable optoelectronic circuit used in this embodiment solves this problem by interconnecting FPGAs with an optical free circuit. The optical free circuit is essentially capable of complete coupling (coupling characteristics that allow free optical connection between optical ports), and has a very high degree of freedom in connection, such as multicast transmission. Thereby, the FPGAs can be connected by an optical free circuit, and reconfiguration across a plurality of chips can be performed with a high degree of freedom. With such a configuration of the photoelectric fusion circuit, it is a reconfigurable circuit having high speed and flexibility in addition to a large scale. Furthermore, such an optoelectronic circuit can alleviate the RC signal delay and EMI problems of the in-chip wiring by using optical connection, so that a large-scale and high-speed reconfigurable circuit can be realized.

他方、光自由回路を有した光電融合回路においては、光接続の自由度が著しく高いという利点を有する一方で、自由度が高いゆえに選択肢が多くなり最適設計が難しくなる。この様な観点から、特に光自由回路を適用した光電融合回路においては、高度な設計手法が望まれる。こうした観点から、信頼性高く最適な設計を実現する手法を提供できる本発明の設計手法を、以下に詳述する再構成が可能な光電融合回路に適用することで、特に好ましい例が構成される。 On the other hand, an optoelectronic circuit having an optical free circuit has an advantage that the degree of freedom of optical connection is remarkably high. On the other hand, since the degree of freedom is high, there are many options and it is difficult to perform optimal design. From such a viewpoint, an advanced design technique is desired particularly in a photoelectric fusion circuit to which an optical free circuit is applied. From this point of view, a particularly preferable example is configured by applying the design method of the present invention that can provide a method for realizing an optimal design with high reliability to a reconfigurable optoelectronic circuit described in detail below. .

<ハードウエア>
まず、本実施例において用いるハードウエア、すなわち、再構成可能な光電融合回路について図5、図6を用いて詳しく説明する。図5、図6は本実施例の回路基板を説明する模式図であり、図5は回路の平面的なレイアウトに対応していて、図6はその断面図である。図5、図6において、100は基板、101は2次元(2D)光伝送媒体(2D導波路)、102は光の出力と入力の少なくとも一方を行なう光ポート、103は光伝送媒体101を伝播する伝播光、105は電気配線層、106は電気配線、107は再構成可能な電子デバイス(論理ブロック)、201は論理要素、206は交差部、207は接続部、208は電気接続網であるマトリックス配線である。図5に示すように、再構成可能な電子回路107として40万ゲートのFPGAを複数(9個)搭載し、それらが電気配線106と光自由回路を成す光伝送媒体101で相互接続されている。
<Hardware>
First, hardware used in this embodiment, that is, a reconfigurable optoelectronic circuit will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6 are schematic views for explaining the circuit board of this embodiment. FIG. 5 corresponds to a planar layout of the circuit, and FIG. 6 is a sectional view thereof. 5 and 6, reference numeral 100 denotes a substrate, 101 denotes a two-dimensional (2D) optical transmission medium (2D waveguide), 102 denotes an optical port that performs at least one of output and input of light, and 103 propagates through the optical transmission medium 101. Propagating light, 105 is an electrical wiring layer, 106 is an electrical wiring, 107 is a reconfigurable electronic device (logic block), 201 is a logical element, 206 is an intersection, 207 is a connection, 208 is an electrical connection network Matrix wiring. As shown in FIG. 5, a plurality (nine) of 400,000-gate FPGAs are mounted as reconfigurable electronic circuits 107, and they are interconnected by an optical transmission medium 101 forming an optical free circuit and an electrical wiring 106. .

また、図6に記すように、FPGAと電気配線層105を有した電子モジュールと、2D導波路101と光ポート102を有した光モジュールが積層、接着されて、層構成をなしている。また、チップ107間を接続する電気配線106を有した電気配線層105が積層されて、コンパクトに実装されている。光伝送媒体101の層は任意の層数とすることができるが、本実施例においては1層とした。また、電気配線層105により、近接するFPGA間は32本の電気配線で接続されている。 Further, as shown in FIG. 6, an electronic module having an FPGA and an electric wiring layer 105 and an optical module having a 2D waveguide 101 and an optical port 102 are laminated and bonded to form a layer structure. In addition, an electrical wiring layer 105 having electrical wirings 106 for connecting the chips 107 is laminated and mounted in a compact manner. The number of layers of the optical transmission medium 101 can be any number, but in this embodiment, the number of layers is one. Further, the adjacent FPGAs are connected by 32 electrical wirings by the electrical wiring layer 105.

さらに、図6に示すように、光伝送媒体101を電気配線層105が挟む構成になっており、電気配線層105aと光伝送媒体101の界面付近に光ポート102を設置してある。基板100のサイズは3cm□である。また、図5に平面構成を示すように、FPGA107が9個([1,1]〜[3,3])配してあり、それぞれのFPGA107に対応して1個の光ポート102が配置されている。こうしてFPGA107は、光伝送媒体101に光信号を発信もしくは受信する機能を有する光ポート102に接続される(図5では光ポートは不図示)。 Further, as shown in FIG. 6, the optical transmission medium 101 is sandwiched between the electric wiring layers 105, and an optical port 102 is provided in the vicinity of the interface between the electric wiring layer 105a and the optical transmission medium 101. The size of the substrate 100 is 3 cm □. Further, as shown in FIG. 5, nine FPGAs 107 ([1, 1] to [3, 3]) are arranged, and one optical port 102 is arranged corresponding to each FPGA 107. ing. Thus, the FPGA 107 is connected to the optical port 102 having a function of transmitting or receiving an optical signal to the optical transmission medium 101 (the optical port is not shown in FIG. 5).

上述した様に光伝送媒体101は2D光導波路の構成であり、ここでは、厚さ100μmのポリカーボネート(屈折率1.59)にクラッドとしてフッ素化ポリイミド(屈折率1.52程度)をコートしたものを用いる。この様に確立された光接続において、或るFPGA107から出力された電気信号は、光ポート102において光信号に変換され、光信号は光伝送媒体101である2D光導波路を伝播後、別の光ポート102において電気信号に変換され、別のFPGA107に入力される。 As described above, the optical transmission medium 101 has a configuration of a 2D optical waveguide. Here, a 100 μm thick polycarbonate (refractive index: 1.59) coated with fluorinated polyimide (refractive index of about 1.52) as a clad is used. In the optical connection established in this way, an electrical signal output from one FPGA 107 is converted into an optical signal in the optical port 102, and the optical signal propagates through the 2D optical waveguide, which is the optical transmission medium 101, and then another optical signal. It is converted into an electrical signal at the port 102 and input to another FPGA 107.

この様にしてFPGA間は、電気配線と光自由回路の両方で接続されている。どちらを用いて信号伝達を行なうかは、FPGA内部において接続端子を切り替えることで、選択できる。 In this way, the FPGAs are connected by both electrical wiring and an optical free circuit. Which is used for signal transmission can be selected by switching the connection terminal inside the FPGA.

以上の様に、本実施例の光電融合回路は、電子回路(FPGA)107の内部構成を変更することに加えて、FPGA間の光接続を自由に変更することで回路全体の構成を変更することが可能である。すなわち、光自由回路を介したFPGA間の接続を再構成できる。 As described above, in addition to changing the internal configuration of the electronic circuit (FPGA) 107, the photoelectric fusion circuit of this embodiment changes the configuration of the entire circuit by freely changing the optical connection between the FPGAs. It is possible. That is, the connection between the FPGAs via the optical free circuit can be reconfigured.

光自由回路の構成について更に説明する。
光自由回路とは、光をキャリアとし情報を伝達する回路であり、光伝送媒体101を介して光ポート102間で自由に情報の伝送形態を変更可能な回路である。本実施例において、光自由回路は、2次元導波路(面状の光導波路)101と光ポート102からなる。
The configuration of the optical free circuit will be further described.
An optical free circuit is a circuit that transmits information using light as a carrier, and is a circuit that can freely change the transmission form of information between optical ports 102 via an optical transmission medium 101. In this embodiment, the optical free circuit includes a two-dimensional waveguide (planar optical waveguide) 101 and an optical port 102.

光自由回路においては、行おうと思えば2次元導波路の任意の位置に光ポートを配置することができ、任意の点に配した光ポートから任意の光ポートに2次元的に光データを送信することができる。例えば、図11のように光伝送媒体101の面内に渡り、任意の放射角104で光103を伝播させることができる。それぞれの光ポートは、他のすべての光ポートに光信号をブロードキャスト伝送可能である。先に述べたように、光ポート102において、FPGA
107からの信号が光信号に変換され、光信号は光伝送媒体101を伝播後、別の光ポート102において電気信号に変換され、別のFPGA107に入力される。
In an optical free circuit, an optical port can be arranged at an arbitrary position of a two-dimensional waveguide if it is desired to transmit it, and optical data is transmitted two-dimensionally from an optical port arranged at an arbitrary point to an arbitrary optical port. can do. For example, the light 103 can be propagated at an arbitrary radiation angle 104 over the plane of the optical transmission medium 101 as shown in FIG. Each optical port can broadcast an optical signal to all other optical ports. As mentioned earlier, at the optical port 102, the FPGA
The signal from 107 is converted into an optical signal. The optical signal propagates through the optical transmission medium 101, is converted into an electrical signal in another optical port 102, and is input to another FPGA 107.

光ポート102は、光信号を発信もしくは受信する機能を有する。すなわち、電気信号を光信号に変換する光出力部、もしくは、光信号を電気信号に変換する光入力部、もしくはその両方を有している。発信を担う光ポートの光出力部である発光素子から出射された光は、光伝送媒体101を伝播し、受信を担う光ポートの光入力部である受光素子に入力される。受信を担う光ポートで信号を電気信号に変換されることで、光ポート102から光ポート102への信号伝送がなされ、光回路が構成される。 The optical port 102 has a function of transmitting or receiving an optical signal. That is, it has an optical output unit that converts an electrical signal into an optical signal, an optical input unit that converts an optical signal into an electrical signal, or both. The light emitted from the light emitting element that is the light output unit of the optical port responsible for transmission propagates through the optical transmission medium 101 and is input to the light receiving element that is the light input part of the optical port responsible for reception. By converting the signal into an electrical signal at the optical port responsible for reception, signal transmission from the optical port 102 to the optical port 102 is performed, and an optical circuit is configured.

光出力部には、例えば、面発光レーザが用いられ得る。具体的には、光ポート102に入力されたFPGA107のロジック信号(例えば3.3V)を、発光素子に順バイアスとなる様に印加することで、電気信号は光信号に変換される。ここでは、発光素子として0.85μm帯面発光レーザ(VCSEL)を用いる。標準的なVCSELの特性は、駆動電流3.0mAにおいて、光出力3mWとなっている。 For the light output unit, for example, a surface emitting laser can be used. Specifically, an electrical signal is converted into an optical signal by applying a logic signal (for example, 3.3 V) of the FPGA 107 input to the optical port 102 to the light emitting element so as to be forward biased. Here, a 0.85 μm band emitting laser (VCSEL) is used as the light emitting element. Standard VCSEL characteristics are 3mW optical output at a drive current of 3.0mA.

さらに、光ポート102は、図11に示すように、様々な面内放射角、放射方向で、伝播が可能なように構成してある。これを実現するために、光ポート102と光伝送媒体101を光学的に結合する光結合器301として、図12(a)に示すような4角錐状のミラーを用いることができる。ここでは、光出力部305の発光素子306からの光303は角錐ミラー301の上方向から照射され、横方向に反射されて光伝送媒体101に結合する。図12(b)のように、発光素子306からの光が角錐301の1斜面の光照射位置302に照射される場合には、ほぼ90°の面内放射角で光304の伝播が実現され、図12(c)のように4斜面に照射される場合には360°の面内放射角で光304の伝播がなされる。2、3斜面であれば、それぞれ180°、270°となる。角錐斜面は拡散面になっているため、ほぼ放射角の範囲に渡って均一な光が伝播される。 Furthermore, as shown in FIG. 11, the optical port 102 is configured to be able to propagate at various in-plane radiation angles and radiation directions. In order to realize this, a quadrangular pyramid-shaped mirror as shown in FIG. 12A can be used as the optical coupler 301 for optically coupling the optical port 102 and the optical transmission medium 101. Here, the light 303 from the light emitting element 306 of the light output unit 305 is irradiated from above the pyramid mirror 301, reflected in the lateral direction, and coupled to the optical transmission medium 101. As shown in FIG. 12 (b), when the light from the light emitting element 306 is irradiated to the light irradiation position 302 on one slope of the pyramid 301, the propagation of the light 304 is realized with an in-plane radiation angle of approximately 90 °. When the four inclined surfaces are irradiated as shown in FIG. 12 (c), the light 304 is propagated at an in-plane radiation angle of 360 °. For 2 and 3 slopes, they are 180 ° and 270 °, respectively. Since the pyramid slope is a diffusing surface, uniform light is propagated over a range of radiation angles.

図12の例では、角錐ミラー301の上方に、例えば、それぞれの斜面に対して1つと中央に1つの5つの発光素子306a,306b,306c,306d,306xを配し、各デバイスからの光がそれぞれの斜面に照射されるように配置してある。この様な構成により、発光素子を選択することで放射角を設定できる。例えば、中央の発光素子306xを用いれば、360°全ての方向に、306a〜dのうちの1つを選べば、定められた90°の方向に、2つを選べば180°の方向に、3つを選べば270°の方向に、4つを選べば360°の方向に伝播させることができる。この様に、光ポート102に複数の発光素子を配し、駆動する発光素子を選択することで、放射角、放射方向を切り替えることができる。発光素子の選択はFPGA107において行なうことができる。 In the example of FIG. 12, five light emitting elements 306a, 306b, 306c, 306d, and 306x are arranged above the pyramid mirror 301, for example, one for each inclined surface and one for the center. It is arranged to irradiate each slope. With such a configuration, the emission angle can be set by selecting a light emitting element. For example, if the center light emitting element 306x is used, if one of 306a to d is selected in all directions of 360 °, the direction of 90 ° is determined if two are selected, and the direction of 180 ° is selected if two are selected. If you select three, you can propagate in the direction of 270 °, and if you select four, you can propagate in the direction of 360 °. In this manner, by arranging a plurality of light emitting elements in the optical port 102 and selecting the light emitting element to be driven, the radiation angle and the radiation direction can be switched. The light emitting element can be selected in the FPGA 107.

ここでは、角錐ミラーを用い、放射角および放射方向が90度単位で選別可能な光ポートの例を示したが、これに限られるものでない。実質的に360°全方向にブロードキャストできたり、発光素子の放射角相当でなるべく小さな放射角でビーム状の伝播を実現できたり、さらには様々な方向の伝播などを実現できる光ポートを用いてもよい。 Here, an example of an optical port in which a pyramid mirror is used and a radiation angle and a radiation direction can be selected in units of 90 degrees is shown, but the present invention is not limited to this. Even if an optical port that can broadcast in almost all 360 ° directions, can realize beam-like propagation with a radiation angle as small as possible corresponding to the radiation angle of the light emitting element, and can also propagate in various directions, etc. Good.

光伝送媒体101を伝播してくる光信号は、光ポート102の受光素子に取り込まれて電子信号に変換される。受光素子としては、Si-PINフォトダイオードを用いることができ、これは電子回路107に接続される。変換された電気信号は、入力電気信号として近接するLSIなどの電子回路107内部に取り込まれ処理される。この際、受光素子と共に電気信号を増幅するプリアンプを集積していれば、CMOSコンパチブルの電圧に復元することができる。また、受光部は円錐形状の光結合部(図12の光結合器301参照)を用いることで、2D光導波路101の360°全方位から光を受光可能にもできる。この様に光ポートと2D光導波路を適用して、この導波路内に光を自由に伝播させることで、光自由回路の機能、すなわち光ポート間の任意の光接続が可能となる。 The optical signal propagating through the optical transmission medium 101 is taken into the light receiving element of the optical port 102 and converted into an electronic signal. As the light receiving element, a Si-PIN photodiode can be used, which is connected to the electronic circuit 107. The converted electric signal is captured and processed as an input electric signal in an electronic circuit 107 such as an LSI close to the electric signal. At this time, if a preamplifier that amplifies an electric signal is integrated with the light receiving element, it can be restored to a CMOS compatible voltage. Further, by using a conical optical coupling section (see the optical coupler 301 in FIG. 12) as the light receiving section, it is possible to receive light from all 360 ° directions of the 2D optical waveguide 101. Thus, by applying an optical port and a 2D optical waveguide and allowing light to freely propagate in the waveguide, the function of the optical free circuit, that is, an arbitrary optical connection between the optical ports becomes possible.

ここでは2D光導波路の360°全方位から光を受光できる光ポートの例を示したが、或る限られた方位からの光を受光する部位を複数設け、先の発信用光ポートと同様な手法で受光部を選択することで、受信する信号を選別してもよい。 Here, an example of an optical port that can receive light from all directions of 360 ° of a 2D optical waveguide has been shown. However, a plurality of parts that receive light from a limited direction are provided, and it is the same as the previous outgoing optical port. A signal to be received may be selected by selecting a light receiving unit using a technique.

本実施例においては、上述したように、発信光ポートからの光信号の放射角や伝播方向を変更して送信先を選択したり、受信光ポートにおいて、光信号の受信する方向を変更することで、回路接続を変更(再構成)する。他にも、受信光ポートにおいてデータを選別することで、回路の再構成を行なうこともできる。例えば、発信光ポートは、情報をパケット信号としてアドレスなどを付与してブロードキャスト送信し、そのアドレスを受信光ポートで選別することで、所望の受信光ポートへ情報を伝送できる。 In the present embodiment, as described above, the transmission angle is selected by changing the radiation angle and propagation direction of the optical signal from the transmission optical port, or the reception direction of the optical signal is changed at the reception optical port. Then, the circuit connection is changed (reconfigured). In addition, the circuit can be reconfigured by selecting data at the reception optical port. For example, the transmission optical port can transmit information to a desired reception optical port by giving information as a packet signal and broadcast-transmitting the information, and selecting the address by the reception optical port.

この様に、光自由回路は、本質的に、光ポートで双方向の完全結合を実現することができる回路である。さらに1:Nのマルチキャスト通信や、N:Mの通信なども実現可能である。さらに、これらの接続の自由な変更(再構成)が可能であり、1対1、1:NやN:M伝送の自由な切り替え(再構成)が可能となる。本実施例の光自由回路では、光ポート間のデータ転送速度は、最大1Gbps、典型的には500Mbpsである。 In this way, the optical free circuit is essentially a circuit that can realize full bidirectional coupling at the optical port. Further, 1: N multicast communication, N: M communication, and the like can be realized. Furthermore, these connections can be freely changed (reconfigured), and one-to-one, 1: N or N: M transmission can be freely switched (reconfigured). In the optical free circuit of this embodiment, the data transfer rate between the optical ports is 1 Gbps at maximum, typically 500 Mbps.

ここで、光自由回路に用いる光導波路として、ライン導波路や自由空間接続ではなく、2D導波路が好ましい理由を記しておく。まず、光ファイバやライン導波路を用いた光回路を用いることも考えられるが、固定したライン配線となるため、配線の自由度に関しては劣ることになる。この構成で光回路の再構成を実現するには、多くの光スイッチを必要とするなど困難が伴う。さらには、線状光導波路は、数ミクロンから数十ミクロンのサイズで光軸合わせが必要で、それは困難である。また、光導波路に微細加工が必要で、作製が難しい。 Here, the reason why the 2D waveguide is preferable as the optical waveguide used in the optical free circuit, not the line waveguide or the free space connection will be described. First, an optical circuit using an optical fiber or a line waveguide may be used. However, since the line wiring is fixed, the degree of freedom of wiring is inferior. Realizing reconfiguration of an optical circuit with this configuration involves difficulties such as the need for many optical switches. Furthermore, the linear optical waveguide needs to be aligned with the optical axis in a size of several microns to several tens of microns, which is difficult. In addition, the optical waveguide needs to be finely processed and is difficult to manufacture.

他方、2D導波路を適用することで、所望の任意位置への光デバイス(発光素子や受光素子)の実装が可能となり、任意の位置の間での情報伝達が可能となる。さらには、光デバイスと導波路層の光結合に際し、光学的な位置合わせが容易になる。この様に単純な構成であるため簡易に回路基板を形成することができ、低コスト化が可能である。さらに、後述するように、2D光導波路を適用した光自由回路では、基本的に光入出力部である光ポートの制御のみで光回路の再構成が可能である。 On the other hand, by applying the 2D waveguide, an optical device (light emitting element or light receiving element) can be mounted at a desired arbitrary position, and information can be transmitted between arbitrary positions. Furthermore, optical alignment is facilitated in optical coupling between the optical device and the waveguide layer. Because of such a simple configuration, a circuit board can be easily formed, and the cost can be reduced. Furthermore, as will be described later, in an optical free circuit to which a 2D optical waveguide is applied, an optical circuit can be reconfigured basically only by controlling an optical port that is an optical input / output unit.

一方で、ライン導波路は高速な信号伝達が可能なため、2D光導波路内に埋め込んで所定の固定接続を担わせてもよい。例えば、図13に示すように、離れたチップ107間の接続にライン導波路108を用意してもよい。光伝送媒体として、自由空間に光を伝播させる方式も提案されているが、この方式は、配線自由度が高いが、サイズが大きくなってしまうという課題がある。2D光導波路を用いた光自由回路を使用した構成は、薄型で高密度に実装がなされた回路基板を実現できる。 On the other hand, since the line waveguide is capable of high-speed signal transmission, it may be embedded in a 2D optical waveguide to carry out a predetermined fixed connection. For example, as shown in FIG. 13, a line waveguide 108 may be prepared for connection between distant chips 107. As an optical transmission medium, a method of propagating light in free space has been proposed. However, this method has a problem that the wiring size is high but the size becomes large. A configuration using an optical free circuit using a 2D optical waveguide can realize a thin and high-density circuit board.

上述の再構成可能な光電融合回路は、FPGA内部の回路構成に加え、光自由回路における光接続を再構成可能であるが、これらの再構成を担う情報であるコンフィギュレーションデータは、前で説明した光電融合回路の設計により出力される情報である。 The above-described reconfigurable optoelectronic circuit can reconfigure the optical connection in the optical free circuit in addition to the circuit configuration inside the FPGA. However, the configuration data that is the information responsible for these reconfigurations is described above. This information is output by designing the photoelectric fusion circuit.

本実施例の再構成可能な光電融合回路は、外部よりコンフィギュレーションデータを読み込んで、回路全体の再構成を行なうことができる。コンフィギュレーションデータを書き換えることで、FPGA内の回路の設計を変更して、電子回路(FPGA内部、FPGA間電気接続)の再構成がなされ、さらに、光ポートの選択など光自由回路を介したFPGA間の接続変更(再構成)がなされる。より具体的には、コンフィギュレーション情報を基に各光ポートにおいて放射角と放射方向などを変更して、光回路が再構成される。光ポート内のミラーなどの可動部を制御して光接続態様が設定可能なハードを用いる場合には、こうした可動部を制御して光接続態様を変更(すなわち再構成)できる。 The reconfigurable optoelectronic circuit of this embodiment can read configuration data from the outside and reconfigure the entire circuit. By rewriting the configuration data, the design of the circuit inside the FPGA is changed and the electronic circuit (inside the FPGA and the electrical connection between the FPGAs) is reconfigured. In addition, the FPGA via the optical free circuit such as optical port selection The connection is changed (reconfigured). More specifically, the optical circuit is reconfigured by changing the radiation angle and the radiation direction at each optical port based on the configuration information. In the case of using hardware capable of setting an optical connection mode by controlling a movable part such as a mirror in an optical port, the optical connection mode can be changed (that is, reconfigured) by controlling such a movable part.

また、再構成においては、回路全体に渡り再構成してもよいし、部分的に再構成してもよい。同様な機能を満たせるのであれば、部分的な再構成の方が高速な再構成が実現でき、より好ましい。 In the reconfiguration, the entire circuit may be reconfigured or may be partially reconfigured. If similar functions can be satisfied, partial reconfiguration is more preferable because high-speed reconfiguration can be realized.

<設計手法>
次に、本実施例において適用した上述の再構成可能な光電融合回路の設計方法について述べる。この設計手法では、図1に示すように、要求仕様20に基づいて、システム設計21、論理設計22を行い、ゲートレベルのネットリスト10を出力する。アプリケーションとしては、ビデオ信号のデコーダに画像処理の機能を追加した内容である。論理設計22においては、前述した様にハードウエア記述言語を用いてRTLで記述し、論理合成ツールを用いて論理合成を行い、ゲートレベルのネットリスト10を得る。
<Design method>
Next, a method for designing the above-described reconfigurable optoelectronic circuit applied in this embodiment will be described. In this design method, as shown in FIG. 1, a system design 21 and a logic design 22 are performed based on a required specification 20, and a net list 10 at a gate level is output. The application includes contents obtained by adding an image processing function to a video signal decoder. In the logic design 22, as described above, it is described in RTL using a hardware description language, and logic synthesis is performed using a logic synthesis tool to obtain a gate level netlist 10.

次に、このネットリスト10を基に、本発明に特徴的な光電融合設計11を行なう。ここでは、図7に示す光電融合回路設計装置を用いて、設計を行なう。この光電融合回路設計装置は、入出力手段、記憶手段81、設計手段82、制御手段83を有する。 Next, based on the netlist 10, a photoelectric fusion design 11 characteristic of the present invention is performed. Here, the design is performed using the optoelectronic circuit design apparatus shown in FIG. This optoelectronic circuit design device has input / output means, storage means 81, design means 82, and control means 83.

記憶手段81は、ネットリストや電気ネット、光ネット、各種設計用パラメータ、設計結果、設計途中結果、設計時間、要求仕様としての機能仕様や設計制約などを記憶するための部位である。入出力手段は、上述のデータを外部から入力することを可能にすると共に、設計結果、評価結果などを外部に出力するための手段である。設計手段82は、ネットリストから電気ネットと光ネットを生成する手段、光ポートの配置手段、電子回路レイアウト設計手段(配置手段、配線手段を含む)、光接続設計手段、検証手段を有する。また、制御手段83は、設計手段82の全体の制御を行なう。本実施例では、設計手段82、制御手段83は、一般的な計算装置にプログラム(ソフトウエア)として実装されている。 The storage means 81 is a part for storing a net list, an electric net, an optical net, various design parameters, design results, intermediate design results, design time, functional specifications as required specifications, design constraints, and the like. The input / output means is a means for allowing the above-described data to be input from the outside and outputting design results, evaluation results, and the like to the outside. The design means 82 includes means for generating an electric net and an optical net from the net list, optical port placement means, electronic circuit layout design means (including placement means and wiring means), optical connection design means, and verification means. The control means 83 controls the entire design means 82. In this embodiment, the design means 82 and the control means 83 are implemented as programs (software) in a general computing device.

図2は本実施例で用いた光電融合設計のフローを示す図である。まず、上述した再構成可能な光電融合回路の仕様(制約条件)を踏まえて、ネットリスト10から電気ネット13と光ネット14を生成する。主な制約としては、先に述べた様に、光モジュールにおける光ポートの数が9個である。また、光ポートの位置は固定されている。 FIG. 2 is a diagram showing a flow of optoelectronic design used in this example. First, the electric net 13 and the optical net 14 are generated from the netlist 10 based on the specifications (constraints) of the reconfigurable optoelectronic circuit described above. As described above, as described above, the number of optical ports in the optical module is nine. The position of the optical port is fixed.

本実施例では、ネットリストの中からファンアウトに相当する部位を抽出し、これを優先的に光ネットに割り当てることで、光ネットと電気ネットを生成する。ファンアウトは、光自由回路におけるブロードキャスト光接続で接続される。例えば、3つのネットリスト
node 1 =>
node 2
node 1 =>
node 3
node 1 =>
node 4
を、1つの1:3接続として光ネットにおいて
port1 =>
port2, port3, port4
と割り当てる。
In the present embodiment, a part corresponding to fan-out is extracted from the net list, and this is preferentially assigned to the optical net, thereby generating an optical net and an electric net. The fan-out is connected by a broadcast optical connection in an optical free circuit. For example, three netlists
node 1 =>
node 2
node 1 =>
node 3
node 1 =>
node 4
In the optical network as one 1: 3 connection
port1 =>
port2, port3, port4
And assign.

この様にして4つの光ポートの利用で、電気ネットを3つ減少させることができる。本実施例の光モジュールは9つのポートを有しているので、さらに、別のネットを光ネットに割り当てることもできる。 In this way, three electric nets can be reduced by using four optical ports. Since the optical module of the present embodiment has nine ports, another net can be assigned to the optical net.

次に、電気ネット、光ネットを基に、光電融合レイアウト設計15を行なう。図2に示すように、まず、光ポートの配置16を行った後に、電子回路のレイアウト設計(配置配線)18と光接続の設計17を行なう。 Next, photoelectric fusion layout design 15 is performed based on the electric net and the optical net. As shown in FIG. 2, first, after the optical port arrangement 16 is performed, the electronic circuit layout design (arrangement wiring) 18 and the optical connection design 17 are performed.

ここで、光ポートの配置16は、光回路、電子回路の両方を考慮して設計する。ここでは、用いる光ポートはなるべく分散され、トータルの光接続距離すなわち送信用光ポートと受信用光ポートの距離がなるべく長くなる様に配置する。例えば、前述の光ネット(port1
=> port2, port3, port4)に対して言えば、これにより、例えば、送信用光ポートとして[1,1]に対応したポート、受信用光ポートとして
[1,3],[3,1],[3,3] に対応したポートが選ばれる(図5参照)。
Here, the optical port arrangement 16 is designed in consideration of both the optical circuit and the electronic circuit. Here, the optical ports to be used are dispersed as much as possible, and are arranged so that the total optical connection distance, that is, the distance between the transmission optical port and the reception optical port is as long as possible. For example, the aforementioned optical net (port1
=> port2, port3, port4), for example, as a port corresponding to [1,1] as an optical port for transmission and as an optical port for reception
Ports corresponding to [1,3], [3,1], [3,3] are selected (see FIG. 5).

光ポートの配置16に続き、電気ネットに基づいた電子回路レイアウト設計18、光ネットに基づいた光接続設計17を行なう。電子回路レイアウト設計は、配置のための手法としてはミンカット法、配線にはチャンネル配線法が用いられる。電気解析としては、配線自身の配線抵抗及び配線容量などにより各ネットにおける信号の遅延値を計算し、その遅延値を基にタイミング解析を行なう。さらに消費電力の見積もりもなされる。また、電子回路レイアウト設計の結果から総電気配線長を算出する。 Following the arrangement 16 of the optical port, an electronic circuit layout design 18 based on the electric net and an optical connection design 17 based on the optical net are performed. In the electronic circuit layout design, a min cut method is used as a method for arrangement, and a channel wiring method is used for wiring. As an electrical analysis, a delay value of a signal in each net is calculated from the wiring resistance and wiring capacitance of the wiring itself, and timing analysis is performed based on the delay value. In addition, power consumption is estimated. Further, the total electrical wiring length is calculated from the result of the electronic circuit layout design.

光接続の設計では、さらに送信用光ポートにおいて、どの様な態様で光を伝送するか、どの様な光放射角で光を伝達させるかを決める。ここでは、[1,1]のポートにおける光の放射方向、放射角、受信を行なう光ポートの位置を鑑みて、最も効果的になる様に選択される。すなわち、
[1,3],[3,1],[3,3] に対応したポートに信号を送れるように、図5における右下方向に光が放射されるべく、図12における2つの発光部が選択され、駆動される。光接続の解析としては、光接続に用いられる光量の解析、光量解析に基づいた伝送レート解析、遅延解析が行なわれる。
In the design of the optical connection, it is further determined how the light is transmitted in the optical port for transmission and in what light emission angle the light is transmitted. Here, it is selected so as to be most effective in consideration of the light emission direction, the emission angle, and the position of the optical port for reception at the port [1,1]. That is,
In order to emit light in the lower right direction in FIG. 5 so that signals can be sent to the ports corresponding to [1,3], [3,1], [3,3], the two light emitting units in FIG. Selected and driven. As the analysis of the optical connection, an analysis of the light amount used for the optical connection, a transmission rate analysis based on the light amount analysis, and a delay analysis are performed.

引き続き、設計結果が、要求仕様(回路速度、回路面積、消費電力など)を満たすものであるかの検証を行なう。タイミング検証においては、電気ネットの遅延結果と、光ネットの両方を考慮した解析を行なう。検証工程において、不具合が見つかった場合には、再設計を行なうことができるが、本実施例においては、特に必要なかった。 Subsequently, it is verified whether the design result satisfies the required specifications (circuit speed, circuit area, power consumption, etc.). In timing verification, analysis is performed in consideration of both the delay result of the electric net and the optical net. If a defect is found in the verification process, it can be redesigned, but this embodiment is not particularly necessary.

上述の設計結果(出力情報)24すなわちコンフィギュレーションデータを基に、FPGA内部およびFPGA間の接続を変更する。すなわち再構成(コンフィギュレーション)する。 Based on the above-described design result (output information) 24, that is, configuration data, the connection between the FPGA and the FPGA is changed. That is, reconfiguration is performed.

(参考設計1)
参考設計1として、電気ネットと光ネットの生成のステップにおいて異なる手法を用いた。ここでは、本実施例と同様に、同じ4つのポートを用いるが、光ネットは1:1の接続を用い、電気ネットを2つ減少させた場合に対して設計を試みた。すなわち、ネットリストとして
node 11=>
node 12
node 13=>
node 14
をそのまま、光ネットで
port
11=>port12
port
13=>port14
に割り当てる場合がこれに相当する。参考設計1において、他のステップは、本実施例と同様な手法を用いた。
(Reference design 1)
As reference design 1, different methods were used in the steps of generating an electric net and an optical net. Here, as in this embodiment, the same four ports are used, but the optical net uses a 1: 1 connection, and the design is attempted for a case where the number of electric nets is reduced by two. That is, as a netlist
node 11 =>
node 12
node 13 =>
node 14
As it is with a light net
port
11 => port12
port
13 => port14
This is the case when assigned to. In the reference design 1, the other steps used the same method as in this example.

(参考設計2)
上述の本実施例において用いた光ポートの配置方法は、光モジュールのみとして考えると、伝送距離が長く必ずしも好ましい配置とは言えない。ここでは、参考設計2として、光モジュール単体としての最適化を重んじた配置を行った。この場合は、同様な光ネットに対して、送受信ポート距離を短くした配置として、送信用光ポートとしては[2,2] に対応したポート、受信用光ポートとしては[1,2],[1,3],[2,3] に対応したポートが選ばれる。参考設計2においても、他のステップは、本実施例と同様な手法を用いた。
(Reference design 2)
The optical port arrangement method used in the above-described embodiment is not necessarily a preferable arrangement because of the long transmission distance when only the optical module is considered. Here, as reference design 2, an arrangement that emphasizes optimization as a single optical module was performed. In this case, for a similar optical network, the transmission / reception port distance is shortened, the transmission optical port is a port corresponding to [2,2], and the reception optical port is [1,2], [ Ports corresponding to [1,3] and [2,3] are selected. Also in the reference design 2, the other steps used the same method as in this example.

下表にそれぞれの設計に基づいて再構成した回路の特性を記す。
動作速度 消費電力
本実施例 120MHz 0.7W
参考設計1 30MHz 0.75W
参考設計2 75M 0.65W
本実施例の設計手法で設計した回路の性能(動作速度)が高いことが分かる。また、本実施例で設計した回路の回路規模(FPGAにおいて用いたゲート数)は、最も小さかった。
The table below shows the characteristics of the reconfigured circuit based on each design.
Operating speed Power consumption This example 120MHz 0.7W
Reference design 1 30MHz 0.75W
Reference design 2 75M 0.65W
It can be seen that the performance (operation speed) of the circuit designed by the design method of this embodiment is high. Further, the circuit scale (number of gates used in the FPGA) of the circuit designed in this example was the smallest.

特に、本実施例においては、参考設計1に比べて、光ネット生成時に、電気ネットが少なくなる様に設計することで回路性能が向上していることが分かる。また、参考設計1に比べて、電子回路レイアウト設計に要した時間が短かった。すなわち、本実施例の設計においては、電気ネットの数が少なくなる様に、電気ネットと光ネットの生成を行ったため、光電融合回路のトータル設計として、良好な結果を得ることができた。 In particular, in this embodiment, it can be seen that the circuit performance is improved by designing so that the number of electrical nets is reduced when generating an optical net, as compared to the reference design 1. Further, the time required for the electronic circuit layout design was shorter than that of the reference design 1. That is, in the design of this example, the electric net and the optical net were generated so that the number of electric nets was reduced, and therefore, good results could be obtained as a total design of the photoelectric fusion circuit.

また、本実施例においては、参考設計2に比べて、光ポートの配置において、光ポート間を分散して配置することで、回路性能が向上していることが分かる。さらに言えば、光モジュール単体としての設計を犠牲にしても、光電融合回路全体としての最適設計を行なえたことが分かる。また、参考設計2に比べて、電子回路レイアウト設計に要した時間が短かった。 Further, in the present embodiment, it can be seen that the circuit performance is improved by distributing the optical ports in the arrangement of the optical ports as compared with the reference design 2. Furthermore, it can be seen that the optimum design of the entire optoelectronic circuit can be performed even at the expense of the design of the optical module alone. Also, compared with the reference design 2, the time required for the electronic circuit layout design was shorter.

すなわち、本実施例の設計においては、光回路と電子回路のインターフェースである光ポートに対して、優先的に配置がなされるため、光電融合回路のトータル設計として、良好な結果を得られた。また、本実施例の総電気配線長は、参考設計2の総電気配線長に比べて30%程度、短かった。すなわち、総電気配線長を短くするように光ポートを配置することが有効であることが分かる。 That is, in the design of the present embodiment, since the optical port that is an interface between the optical circuit and the electronic circuit is preferentially arranged, a satisfactory result was obtained as a total design of the photoelectric fusion circuit. In addition, the total electrical wiring length of this example was about 30% shorter than the total electrical wiring length of Reference Design 2. That is, it can be seen that it is effective to arrange the optical ports so as to shorten the total electrical wiring length.

本実施例の設計手法により、電子回路の最適化、光回路の最適化だけではなく、光電融合回路としての最適化が図られた。この様にして設計された本実施例の光電融合回路は、ハードウエアの性能を最大限に生かした設計がなされており、コストパフォーマンスが高い。また、本実施例の設計は、信頼性が高いこと、再現性が高いこと、設計資産の再利用を行い易いことなどの特徴がある。さらに、光自由回路を有した光電融合回路では、光接続の自由度が著しく高いという利点を有する一方で、自由度が高いゆえに選択肢が多くなり最適設計が難しくなるが、上述のような設計方法を用いることで、十分に良好な設計を行なえた。 With the design method of this embodiment, not only the optimization of the electronic circuit and the optical circuit, but also the optimization as a photoelectric fusion circuit was achieved. The optoelectronic circuit of this embodiment designed in this way is designed to make the best use of the performance of the hardware and has high cost performance. In addition, the design of this embodiment has features such as high reliability, high reproducibility, and easy reuse of design assets. Furthermore, the photoelectric fusion circuit having the optical free circuit has an advantage that the degree of freedom of optical connection is remarkably high. On the other hand, since the degree of freedom is high, there are many options and the optimum design becomes difficult. By using this, a sufficiently good design could be achieved.

本実施例は、光ポートの数は9個と少なく、理解し易いように、光接続態様や光ポートの配置も自動設計など行なう必要がないほど単純なものとして記した。しかし、光ポートの数が増えた際などには、多様性が増し、その最適設計が難しくなる。その様な場合にも、本実施例の設計手法は、信頼性が高い設計を短時間で提供できる。特に、自動設計を行なうことがより好ましくなる。 In this embodiment, the number of optical ports is as small as nine, and the optical connection mode and the arrangement of the optical ports are described as simple enough that it is not necessary to perform automatic design or the like for easy understanding. However, when the number of optical ports increases, diversity increases and it becomes difficult to optimally design. Even in such a case, the design method of the present embodiment can provide a highly reliable design in a short time. In particular, it is more preferable to perform automatic design.

ところで、本実施例においては、再構成可能な電子回路としてFPGAを用いたが、特にこれに拘るものではない。再構成可能な電子回路とは、図5に示すように、ロジック機能を変更可能な論理要素201と、それらの相互接続を変更可能な電気接続網からなる回路であればよい。論理要素201としては、実現したい論理関数に関する入出力の真理値表をRAM形式で持ち、入力の組み合わせに対して出力信号を出すLUT(ルックアップテーブル)が例として挙げられる。また、AND、NAND、OR、NOR、XOR、フリップフロップ、ラッチ、レジスタ、インバータ、乗算器など、さらには、これらの何れかを組み合わせた回路を有してもよい。さらにはメモリを有してもよい。他にも、整数演算、浮動小数点演算、関数演算等の演算ユニット(プロセッサ)を有してもよい。 In the present embodiment, an FPGA is used as a reconfigurable electronic circuit. However, the present invention is not particularly limited to this. As shown in FIG. 5, the reconfigurable electronic circuit may be a circuit including a logic element 201 whose logic function can be changed and an electric connection network whose interconnection can be changed. An example of the logical element 201 is an LUT (Look Up Table) that has an input / output truth table relating to a logical function to be realized in a RAM format and outputs an output signal for an input combination. Further, AND, NAND, OR, NOR, XOR, flip-flops, latches, registers, inverters, multipliers, and the like, or a circuit combining any of these may be included. Furthermore, a memory may be included. In addition, an arithmetic unit (processor) such as integer arithmetic, floating point arithmetic, and function arithmetic may be included.

電気接続網は、論理要素間の接続を設定できるものであり、例えば、配列して形成された論理要素間を接続するマトリックス状に配された電気配線とスイッチから構成することが挙げられる(図5参照)。スイッチは、論理要素と電気配線の接続部や、マトリックス配線の交差部などに配される。また、本実施例においては、FPGAのみを用いたな再構成システムであるが、他にもASIC、CPU、DSP、メモリなどのチップを有してもよい。この際には、ASICなどのチップにも光ポートを用意することができる。 The electrical connection network can set the connection between the logic elements. For example, the electrical connection network may be composed of electrical wiring and switches arranged in a matrix that connects the logic elements arranged in an array (see FIG. 5). The switch is arranged at a connection portion between the logic element and the electric wiring, an intersection portion of the matrix wiring, or the like. In this embodiment, the reconfiguration system uses only the FPGA, but may have other chips such as ASIC, CPU, DSP, and memory. In this case, an optical port can be prepared for a chip such as an ASIC.

「実施例2」
本実施例は、ハードウエアとしては、ASIC(カスタムチップ)を有し、他にFPGA、さらにはメモリなどを有する回路の設計を行なう例である。光電融合回路としての基本構造は実施例1と同様に図6に示す構成を想定している。主だった制約事項としては、カスタムチップを使うことである。その他、ハードウエア上の制約としては、FPGAのチップ数は最大4個、電気配線の層数は最大10層、光接続層の層数は1層、光ポートの数は最大16個としている。
"Example 2"
This embodiment is an example of designing a circuit having an ASIC (custom chip) as hardware, and also having an FPGA, a memory, and the like. The basic structure of the photoelectric fusion circuit is assumed to be the configuration shown in FIG. The main restriction is the use of custom chips. In addition, as hardware limitations, the maximum number of FPGA chips is 4, the maximum number of electrical wiring layers is 10, the number of optical connection layers is 1, and the maximum number of optical ports is 16.

実施例1との設計範囲の違いについて述べる。
実施例1においては、FPGA内部や光モジュールの詳細は可変であったが、チップや光ポートの配置に関しては固定されていた。すなわち、9個のFPGAと9個の光ポートを有した光電融合回路という、予め設定された再構成システムに対して、最適設計を行った。また、FPGAの位置やFPGA間の電気配線をはじめとする電子回路層の構成、さらには、光ポートの数、位置といった光接続層の構成なども予め設定されていた。
A difference in design range from the first embodiment will be described.
In the first embodiment, the details of the inside of the FPGA and the optical module are variable, but the arrangement of the chip and the optical port is fixed. In other words, an optimal design was performed for a preset reconfiguration system called a photoelectric fusion circuit having 9 FPGAs and 9 optical ports. In addition, the configuration of the electronic circuit layer including the position of the FPGA and the electrical wiring between the FPGAs, and the configuration of the optical connection layer such as the number and position of the optical ports have been set in advance.

本実施例においては、ASIC、FPGAの配置も設計要素である。また、光ポートの位置や種類、光伝送媒体など光接続層の構成も、本実施例においては、制約の範囲内で設計される。光接続層は、光伝送媒体として2D光導波路を適用した光自由回路を基本としている。また、実施例1の光接続層においては、光接続の態様が変更可能(再構成可能)であったが、本実施例においては最終的な光接続態様は固定される。さらに、図13のように2D光導波路101の一部にライン導波路108を埋め込んで形成することも制約の範囲内としている。また、1つのチップに複数の光ポートを接続することも制約の範囲内である。他方、本実施例においては、ASICの内部回路は固定である。 In this embodiment, the layout of ASIC and FPGA is also a design element. In addition, in the present embodiment, the configuration of the optical connection layer such as the position and type of the optical port and the optical transmission medium is also designed within the range of restrictions. The optical connection layer is based on an optical free circuit using a 2D optical waveguide as an optical transmission medium. Further, in the optical connection layer of Example 1, the optical connection mode can be changed (reconfigurable), but in this example, the final optical connection mode is fixed. Further, it is also within the scope of restriction to embed and form the line waveguide 108 in a part of the 2D optical waveguide 101 as shown in FIG. Also, it is within the scope of restriction to connect a plurality of optical ports to one chip. On the other hand, in this embodiment, the internal circuit of the ASIC is fixed.

本実施例でも、設計フローの概略は、実施例1に準じている。以下、異なる点を中心について述べる。本実施例においても、図2に示すように、要求仕様20に基づいて、システム設計21、論理設計22を行なう。ゲートレベルのネットリスト10を出力するまでは、実施例1と同様な手法を用いる。ただし、ASICの内部は既に設計が終了しているため、固定ブロックとして扱われ、その内部回路は固定である。 Also in the present embodiment, the outline of the design flow is in accordance with the first embodiment. Hereinafter, the differences will be mainly described. Also in this embodiment, as shown in FIG. 2, system design 21 and logic design 22 are performed based on the required specification 20. Until the gate level netlist 10 is output, the same technique as in the first embodiment is used. However, since the interior of the ASIC has already been designed, it is treated as a fixed block, and its internal circuit is fixed.

次に、光電融合設計11を行なう。本実施例では、それぞれのASICチップ内の設計は終了しているので、チップの配置、チップ間の電気接続、FPGA内部の構成、光接続層の構成、チップ間の光接続などに対しての設計を行なうことになる。 Next, photoelectric fusion design 11 is performed. In this embodiment, the design in each ASIC chip has been completed, so the chip layout, electrical connection between chips, FPGA internal configuration, optical connection layer configuration, optical connection between chips, etc. You will be designing.

まず、電気ネットと光ネットの生成のステップ12においては、電気ネットの数を少なくする様にそれぞれのネットを生成する。ここでは、第1に、パラレル接続の部位を、第2に、Fan-outの部位を優先的に光ネットに割り当てることで、電気ネットの数を少なくする。また、パラレル電気配線の部分を光接続に割り当てた場合には、送信側の光ポートにはシリアライザ、受信側の光ポートにはデシリアライザを追加する。この後、分割前のネットリスト10の内容と、電気ネット13と光ネット14を合わせたものが、論理的に一致するかの検証を行なう。 First, in step 12 of generating electric nets and optical nets, each net is generated so as to reduce the number of electric nets. Here, first, the number of electrical nets is reduced by preferentially allocating parallel connection parts and secondly, fan-out parts to optical nets. When the parallel electrical wiring portion is assigned to the optical connection, a serializer is added to the transmission side optical port, and a deserializer is added to the reception side optical port. Thereafter, it is verified whether the contents of the net list 10 before the division and the combination of the electric net 13 and the optical net 14 are logically coincident.

次に、光ポートの配置16を行なう。実施例1では光ポートの位置は予め固定されていたが、本実施例においては、光ポートは任意の位置に設計しうる。本実施例では、光伝送媒体のサイズ(3×4cm)を鑑み、総光接続距離が大きくなる様に光ポートを分散して配置する。そのために、特に、以下のような指針に基づいて、光ポートの配置を行なう。まず、Fan-out信号をブロードキャスト光接続に割り当てた光ネットに対しては、なるべく広角に信号がブロードキャストされる様に光ポートを配置する。 Next, optical port arrangement 16 is performed. In the first embodiment, the position of the optical port is fixed in advance, but in this embodiment, the optical port can be designed at an arbitrary position. In this embodiment, in view of the size (3 × 4 cm) of the optical transmission medium, the optical ports are distributed and arranged so that the total optical connection distance is increased. Therefore, in particular, the optical ports are arranged based on the following guidelines. First, for an optical network in which a Fan-out signal is assigned to a broadcast optical connection, an optical port is arranged so that the signal is broadcast as wide as possible.

また、パラレル接続をシリアルにして光伝送を行なう光ネットに対しては、なるべく長距離となる様に、さらにx−y電気配線に対して斜め方向になる様に伝送が行われるべく、光ポートを配置する。また、光伝送媒体の周辺部の幅5mmの範囲には、光ポートを配置できないという制約を用いた。この制約により、チップの下部に光ポートが配置されることになり、チップと光ポート間を結ぶ電気配線を短くできる。 In addition, for an optical network that performs optical transmission with serial connection as a serial connection, an optical port is used so that transmission is performed in a diagonal direction with respect to the xy electrical wiring so as to be as long as possible. Place. Further, the restriction that the optical port cannot be arranged in the range of the width of 5 mm around the periphery of the optical transmission medium was used. Due to this restriction, the optical port is arranged at the lower part of the chip, and the electrical wiring connecting the chip and the optical port can be shortened.

引き続き、電子回路レイアウト設計18、および光接続設計17を行なう。電子回路レイアウト設計および光接続設計に関しては、実施例1に準じている。ただし、光ポートの構成に関しては、図12に示す構成や、その他、発光素子の数や散乱体の構造などにバリエーションを持たせたライブラリを用意し、この中から選ぶようになっている。ここで、散乱体のバリエーションとしては、等方向的に散乱が可能な円錐や半球状の散乱体、限定された方向への散乱が可能な角錐や角柱状の散乱体、ミラーやプリズム構造の散乱体などがある。例えば、全方位にブロードキャストを行なうポートでは半球状の散乱体、或る方向へ優先的に光を伝達したい場合には45度ミラー構成の散乱体を用いることができる。 Subsequently, an electronic circuit layout design 18 and an optical connection design 17 are performed. The electronic circuit layout design and the optical connection design are the same as in the first embodiment. However, with regard to the configuration of the optical port, a library with variations in the configuration shown in FIG. 12, the number of light emitting elements, the structure of the scatterers, etc., is prepared and selected from these. Here, variations of scatterers include cones and hemispherical scatterers that can scatter in the same direction, pyramid and prismatic scatterers that can scatter in a limited direction, and scattering of mirrors and prism structures. There is a body. For example, a hemispherical scatterer can be used at a port that broadcasts in all directions, and a scatterer with a 45-degree mirror configuration can be used to transmit light preferentially in a certain direction.

次に、電子回路レイアウト設計18の結果を踏まえ、光ポートの配置の微修正を行なう。この微修正においては、先の配置位置から半径5mm以内の範囲内でのみ位置修正を許容する。この微修正により、チップと光ポート間の配線距離を短くすることや、光接続間の信頼性を高めることができる。特に後者については、クロストークの低減や、伝送帯域の確保が可能となる。 Next, based on the result of the electronic circuit layout design 18, the optical port arrangement is finely corrected. In this fine correction, the position correction is allowed only within a radius of 5 mm from the previous arrangement position. By this fine modification, the wiring distance between the chip and the optical port can be shortened and the reliability between the optical connections can be increased. In particular, the latter can reduce crosstalk and secure a transmission band.

本実施例では、検証19において、光接続の一部において、伝送速度が不十分であった。そこで、その光接続の部分に再設計を施した。具体的には、そのネットの部分にライン導波路108を適用した。これにより、十分な光接続がなされ、仕様を満足した。 In this example, in the verification 19, the transmission speed was insufficient in a part of the optical connection. Therefore, the optical connection was redesigned. Specifically, the line waveguide 108 is applied to the net portion. As a result, sufficient optical connections were made and the specifications were satisfied.

本実施例においては、上記設計で得られた設計結果24を基にマスクを起こして、光接続層および電気配線層を作成する。これらを張り合わせ、チップを実装し、図6と同様な構成を得る。さらに、設計結果24を用いて、FPGA内部に回路を構築することで、設計された光電融合回路を実現する。 In this embodiment, the mask is raised based on the design result 24 obtained by the above design, and the optical connection layer and the electrical wiring layer are created. These are bonded together and a chip is mounted to obtain a configuration similar to FIG. Furthermore, the designed photoelectric fusion circuit is realized by constructing a circuit inside the FPGA using the design result 24.

図8は、本実施例の設計結果の一例を示した図である。AからEは半導体チップである。本実施例では、AとDがカスタムチップ、B、CはFPGA、Eはメモリである。(a)は上から見た図であり、最上位層の主だった電気配線106と共にチップ107の配置が記されている。(b)は光接続層101に光ポート102とチップ107の配置を重ねて記した図である。AとDを結ぶ接続にライン導波路108が適用され、Eから他チップへの接続に2D光導波路を用いたブロードキャスト光接続が用いられている。ライン導波路108に接続される送受信ポートにおいては、三角柱構造の光結合器(ミラー)を有したタイプの光ポートが用いられている。 FIG. 8 is a diagram showing an example of the design result of the present embodiment. A to E are semiconductor chips. In this embodiment, A and D are custom chips, B and C are FPGAs, and E is a memory. (a) is a view from above, and shows the arrangement of the chip 107 together with the main electric wiring 106 of the uppermost layer. FIG. 6B is a diagram in which the optical port 102 and the chip 107 are arranged on the optical connection layer 101 in an overlapping manner. A line waveguide 108 is applied to the connection between A and D, and a broadcast optical connection using a 2D optical waveguide is used to connect E to another chip. In the transmission / reception port connected to the line waveguide 108, a type of optical port having an optical coupler (mirror) having a triangular prism structure is used.

一方で、ブロードキャストを行なう送信ポートでは、半球構造の光結合器を有したタイプの光ポートが用いられている。ここで記した電気配線および光接続は、典型的な接続例を説明するために、その一部のみを記したものである。例えば、図11に記すような、放射角104を制限した光接続を有してもよい。 On the other hand, as a transmission port for broadcasting, an optical port having a hemispherical optical coupler is used. The electrical wiring and optical connection described here are only a part of them in order to explain typical connection examples. For example, an optical connection with a limited emission angle 104 as shown in FIG. 11 may be provided.

本実施例においても、光ポートの位置を優先して設計することで、光回路と電子回路それぞれの最適設計に止まらず、光電融合回路の全体として、最適化を行なうことができる。すなわち、光電融合回路トータルとして良好な性能の光電融合回路を信頼性高く設計ができる。特に、電気ネットの数が少なくなる様に、電気ネットと光ネットの生成を行ったことで、光電融合回路のトータル設計として、良好な結果を得ることができた。また、光ポートの配置において、電気配線での接続が困難な態様の光接続になる様に、光ポートを配置することで、光電融合回路全体としての最適設計を行なうことができた。この様にして設計された本実施例の光電融合回路は、ハードウエアの制約を最大限に生かした設計がなされており、コストパフォーマンスが高い。 Also in this embodiment, by designing with priority on the position of the optical port, it is possible to optimize not only the optimum design of the optical circuit and the electronic circuit but also the entire optoelectronic circuit. That is, it is possible to design a photoelectric fusion circuit having good performance as a total photoelectric fusion circuit with high reliability. In particular, by generating the electrical net and the optical net so that the number of electrical nets is reduced, good results can be obtained as a total design of the photoelectric fusion circuit. In addition, in the arrangement of the optical ports, the optimum design of the entire optoelectronic circuit can be performed by arranging the optical ports so that the optical connection is difficult to connect with the electric wiring. The optoelectronic circuit of this embodiment designed in this way is designed to take full advantage of hardware constraints and has high cost performance.

「実施例3」
実施例3においては、図9に示すタイプのハードウエアを用いた。図9において、100は基板、101は光伝送媒体、102は光ポート、103は伝播光、105は電気配線層、107は半導体チップである(電気配線層105内に電気配線があるが、不図示である)。107a,107b,107cはFPGA、107dはカスタムチップである。図9(a)は平面図であり、レイアウトに対応している。図9(b)
は図9(a)の断面図である。
"Example 3"
In Example 3, the type of hardware shown in FIG. 9 was used. In FIG. 9, 100 is a substrate, 101 is an optical transmission medium, 102 is an optical port, 103 is propagating light, 105 is an electric wiring layer, and 107 is a semiconductor chip (the electric wiring layer 105 has electric wiring, Is shown). 107a, 107b, and 107c are FPGAs, and 107d is a custom chip. FIG. 9 (a) is a plan view corresponding to the layout. Figure 9 (b)
FIG. 10 is a sectional view of FIG. 9 (a).

すなわち、本実施例では、光伝送媒体101と光ポート102を有した光モジュールは基板の一部のエリアに配され、それ以外のエリアに半導体チップ107を配するタイプの構成となっている。また、制約として、光モジュールは部品として扱われ、その位置には半導体チップを配置できない。電気配線層を別途有しているため、光モジュールの面内位置に電気配線を配置することは可能である。その他のハードウエア上の主な制約としては、FPGAのチップ数は3個、カスタムチップが1個、電気配線の層数は4層、光伝送媒体のサイズは1cm□、光接続層の層数は1層、光ポートの数は最大10個(配置は図9参照)としている。また、光ポート102は、光伝送媒体101の端部に配される。 That is, in this embodiment, the optical module having the optical transmission medium 101 and the optical port 102 is arranged in a part of the substrate, and the semiconductor chip 107 is arranged in the other area. Moreover, as a restriction, the optical module is handled as a component, and a semiconductor chip cannot be placed at that position. Since the electric wiring layer is separately provided, it is possible to arrange the electric wiring at an in-plane position of the optical module. Other major hardware restrictions are: 3 FPGA chips, 1 custom chip, 4 electrical wiring layers, 1 cm square optical transmission medium, and optical connection layers Is one layer and the maximum number of optical ports is 10 (see FIG. 9 for arrangement). The optical port 102 is disposed at the end of the optical transmission medium 101.

本実施例の光電融合回路設計においては、FPGA内部の構成、半導体チップと光モジュールの配置、半導体チップ間の電気配線、半導体チップ間の光接続、光モジュールの構成、などが設計される。 In the optoelectronic circuit design of this embodiment, the internal configuration of the FPGA, the arrangement of the semiconductor chip and the optical module, the electrical wiring between the semiconductor chips, the optical connection between the semiconductor chips, the configuration of the optical module, and the like are designed.

以下に本実施例の設計方法について図2を用いて説明する。ネットリスト10の形成までは実施例1に準じている。電気ネット13と光ネット14の生成のステップ12においては、電気ネットの数を少なくする様にそれぞれのネットが生成される。ここでは、第1の優先順位として、Fan-outの部位、第2の優先順位として、パラレル接続の部位を優先的に光ネットに割り当てる。 Hereinafter, the design method of this embodiment will be described with reference to FIG. The processes up to the formation of the netlist 10 are the same as those in the first embodiment. In step 12 of generating the electric net 13 and the optical net 14, each net is generated so as to reduce the number of electric nets. Here, the Fan-out part is assigned as the first priority, and the parallel connection part is preferentially assigned to the optical network as the second priority.

光電融合レイアウト設計15のステップにおいて、光伝送媒体の位置を設計項目として有する点が、本実施例が実施例2と異なる。光ポートの配置16は、光接続のトータル距離が最も大きくなる様に、行なう。これにより、光ポートの位置は光伝送媒体の端部で、分散して配置されることになる。また、電子回路レイアウト設計18において、光伝送媒体が光ポートへの電気入力端子を有した部品として扱われ、他のチップと共に配置、配線を施す。光接続の設計17は実施例2に準じた。 The present embodiment is different from the second embodiment in that the step of optoelectronic layout design 15 has the position of the optical transmission medium as a design item. The optical port arrangement 16 is performed so that the total distance of the optical connection is maximized. Thereby, the positions of the optical ports are distributed and arranged at the end of the optical transmission medium. In the electronic circuit layout design 18, the optical transmission medium is handled as a component having an electrical input terminal to the optical port, and is arranged and wired together with other chips. The optical connection design 17 was in accordance with Example 2.

本実施例の設計結果出力は、図9のように、基板100の中央近傍に、光伝送媒体101が配置される。また、光ポート102の配置、光接続も図9に記されている。 In the design result output of this embodiment, an optical transmission medium 101 is arranged near the center of the substrate 100 as shown in FIG. Further, the arrangement of the optical port 102 and the optical connection are also shown in FIG.

本実施例においても、光ポートの位置を優先して設計することで、光回路と電子回路それぞれの最適設計に止まらず、光電融合回路全体として、最適化を行なうことができた。すなわち、光電融合回路トータルに良好な性能の光電融合回路を信頼性高く設計することができた。この様に、本実施例の光電融合回路も、ハードウエアの性能を最大限に生かした設計がなされており、コストパフォーマンスが高い。 Also in this embodiment, by designing with priority on the position of the optical port, it was possible to optimize not only the optimum design of the optical circuit and the electronic circuit but also the entire photoelectric fusion circuit. That is, it was possible to design a photoelectric fusion circuit having a good performance in the total photoelectric fusion circuit with high reliability. As described above, the photoelectric fusion circuit of this embodiment is also designed to make the best use of the hardware performance, and has high cost performance.

「実施例4」
実施例4は、リアルタイムで再構成可能な光電融合システム(光電融合再構成システム)の例である。本実施例の再構成可能な光電融合システムの例を、図10に示す。図10(a)に示すように、光電融合回路の設計を行なう回路(装置)92、再構成可能な光電融合回路91、コンフィギュレーションメモリ93、I/O(入出力手段)94を有する。
"Example 4"
Example 4 is an example of a photoelectric fusion system (photoelectric fusion reconstruction system) that can be reconfigured in real time. An example of a reconfigurable photoelectric fusion system of this embodiment is shown in FIG. As shown in FIG. 10 (a), it has a circuit (device) 92 for designing an optoelectronic circuit, a reconfigurable optoelectronic circuit 91, a configuration memory 93, and an I / O (input / output means) 94.

光電融合回路の設計を行なう回路92は、図7に示す各手段を有し、前述した通りである。本実施例においては、これらの手段を1チップ化し、ハードとして実装している。 The circuit 92 for designing the optoelectronic circuit has the means shown in FIG. 7 and is as described above. In this embodiment, these means are integrated into one chip and mounted as hardware.

本実施例の再構成可能な光電融合システムでは、I/O94からの入力データを基に、光電融合回路の設計を行なう回路92は、設計データを形成(もしくは変更)し、コンフィギュレーションメモリ93に設計データを保存する。再構成可能な光電融合回路91は、コンフィギュレーションメモリ93から逐次、設計データを読み込み、再構成(内部構成の変更)を行なう。再構成可能な光電融合回路91からの出力はI/O94へ出力される。この様にして、I/O94からの入力データに基づいて、随時、光電融合回路91の内部構成を最適化することができる。 In the reconfigurable optoelectronic system of the present embodiment, the circuit 92 for designing the optoelectronic circuit based on the input data from the I / O 94 forms (or changes) the design data and stores it in the configuration memory 93. Save design data. The reconfigurable optoelectronic circuit 91 sequentially reads design data from the configuration memory 93 and performs reconfiguration (change of internal configuration). The output from the reconfigurable optoelectronic circuit 91 is output to the I / O 94. In this way, the internal configuration of the optoelectronic circuit 91 can be optimized at any time based on the input data from the I / O 94.

本実施例では、光回路と電気回路が融合され、高い配線自由度を有した光電融合回路91のリソースを最大限に生かした設計、さらには再構成をリアルタイムで行なうことができる。すなわち、リアルタイムで光電融合回路91の内部構成が自由に変更されうるダイナミックリコンフィギャラブルシステムとして機能しうる。 In this embodiment, the optical circuit and the electric circuit are fused, and the design and further reconfiguration can be performed in real time by making the best use of the resources of the photoelectric fusion circuit 91 having a high degree of wiring freedom. That is, it can function as a dynamic reconfigurable system in which the internal configuration of the photoelectric fusion circuit 91 can be freely changed in real time.

また、本実施例の再構成システムは、動作環境の連続的な変化に対して逐次ハードウエアの再構成が必要なシステムにおいて、再構成可能な光電融合回路91を短時間で最適設計さらには再構成を行なうことができるため、ロボットなどの制御システムに好適に適用され得る。 In addition, the reconfiguration system of the present embodiment is a system that requires sequential hardware reconfiguration in response to continuous changes in the operating environment, and the reconfigurable optoelectronic circuit 91 is optimally designed and reconfigured in a short time. Since it can be configured, it can be suitably applied to a control system such as a robot.

以上に述べた本実施例において、それぞれの部位が相互接続された図10(a)に沿って説明したが、図10(b)のように各部位がバス95で接続された構成も可能である。また、メモリ93の機能は、再構成可能な光電融合回路91または光電融合回路の設計を行なう回路92内で担われてもよい。 In the present embodiment described above, description has been given along FIG. 10A in which the respective parts are interconnected. However, a configuration in which the respective parts are connected by the bus 95 as shown in FIG. 10B is also possible. is there. Further, the function of the memory 93 may be performed in the reconfigurable photoelectric fusion circuit 91 or the circuit 92 that designs the photoelectric fusion circuit.

「実施例5」
実施例5は、回路が固定された光電融合回路の設計に、再構成可能な光電融合回路を用いる例である。すなわち、実施例1で用いた再構成可能な光電融合回路を用いて回路検証および評価を行い、さらに、出力結果を基に、カスタム光電融合回路を作成するものである。
"Example 5"
The fifth embodiment is an example in which a reconfigurable photoelectric fusion circuit is used for designing a photoelectric fusion circuit having a fixed circuit. That is, circuit verification and evaluation are performed using the reconfigurable photoelectric fusion circuit used in the first embodiment, and a custom photoelectric fusion circuit is created based on the output result.

本実施例で用いた設計評価装置の構成を図14に記す。光電融合回路の設計手段82と、該設計手段82の設計結果を再構成可能な光電融合回路91に実装し、動作させて、設計結果を評価する設計評価手段87を有する。すなわち、本実施例の設計評価装置は、実施例1で用いた光電融合回路設計装置(図7)に加えて、設計評価手段87を有してなる。ここでは、再構成可能な光電融合回路91としては、実施例1で用いたハードウエアと同様なものを用いている。 The configuration of the design evaluation device used in this example is shown in FIG. A photoelectric fusion circuit design means 82 and a design evaluation means 87 for mounting the design result of the design means 82 on a reconfigurable photoelectric fusion circuit 91 and operating it to evaluate the design result are provided. That is, the design evaluation apparatus of the present embodiment includes design evaluation means 87 in addition to the optoelectronic circuit design apparatus (FIG. 7) used in the first embodiment. Here, as the reconfigurable photoelectric fusion circuit 91, the same hardware as that used in the first embodiment is used.

この設計評価装置を用い、設計手段82において出力された複数の設計結果を、再構成可能な光電融合回路91に実装し、動作させることで、性能比較や機能検証を行なう。そして、要求仕様を鑑みて、性能が最も好ましい設計結果を選択する。これを第1の設計結果と呼ぶことにする。ここでは、(動作周波数)÷(消費電力)の最も大きい結果を採用する。 By using this design evaluation apparatus, a plurality of design results output from the design means 82 are mounted on the reconfigurable optoelectronic circuit 91 and operated to perform performance comparison and function verification. In view of the required specifications, a design result with the most favorable performance is selected. This is called the first design result. Here, the largest result of (operating frequency) / (power consumption) is adopted.

この第1の設計結果を導いた電子ネットと光ネットを用い、別のカスタム仕様に基づいて、再度、光電融合レイアウト設計を行なう。主な制約事項は、電子ネットが電気配線層とASICすなわちセルベースのカスタムICで実現されることである。電気配線層の物理仕様は、再構成可能な光電融合回路91と同様である。また、光接続層は再構成可能な光電融合回路91と同様な構成であるが、光ポートの位置は任意である。 The photoelectric fusion layout design is performed again based on another custom specification using the electronic net and the optical net derived from the first design result. The main restriction is that the electronic net is realized with an electrical wiring layer and an ASIC or cell-based custom IC. The physical specification of the electrical wiring layer is the same as that of the reconfigurable photoelectric fusion circuit 91. The optical connection layer has the same configuration as that of the reconfigurable photoelectric fusion circuit 91, but the position of the optical port is arbitrary.

この再度の光電融合レイアウト設計の手法は実施例2で用いた手法に準じている。ただし、本実施例においては、電子回路レイアウト設計においてASIC内部の設計がなされる。また、複数のFPGAにまたがって実現されていた回路を1つのASICに搭載することもできる。基板は正方形であるが、サイズが設計項目となる。基板サイズは、電子回路レイアウト設計に基づいてなるべく小さくなる様に設定される。これに基づき、光ポートの位置は、位置関係を保ったまま縮小される。ここで得られた結果を第2の設計結果と呼ぶことにする。 This method of optoelectronic layout design again conforms to the method used in the second embodiment. However, in this embodiment, the internal design of the ASIC is made in the electronic circuit layout design. In addition, a circuit realized over a plurality of FPGAs can be mounted on one ASIC. The substrate is square, but size is a design item. The substrate size is set to be as small as possible based on the electronic circuit layout design. Based on this, the position of the optical port is reduced while maintaining the positional relationship. The result obtained here will be referred to as a second design result.

得られた第2の設計結果を基に、新たにASICと、電気配線層、光接続層のマスクを起こし、カスタムな光電融合回路を作成する。再構成可能な光電融合回路91は、回路構成を変更可能であったが、カスタム光電融合回路は、構成が固定された回路である。一方で、この本実施例のカスタム光電融合回路は、第1の設計結果を用い再構成可能な光電融合回路91で実現した場合に比べると、使われていなかった電気配線や光ポートや発光部などのハードウエアを削減できるため、回路面積が大幅に縮小される。また、光ポートの内部構成、例えば光結合部の構成、発光部の配置や数なども、それぞれの光ポートで最適な構成となるため、高性能化と小型化を図ることができる。このことは、動作周波数の増加や、低消費電力化などの性能向上にも繋げることができる。 Based on the obtained second design result, a new mask is created for the ASIC, the electrical wiring layer, and the optical connection layer to create a custom optoelectronic circuit. Although the reconfigurable photoelectric fusion circuit 91 can change the circuit configuration, the custom photoelectric fusion circuit is a circuit whose configuration is fixed. On the other hand, the custom optoelectronic circuit of this embodiment is not used in comparison with the case where it is realized by the reconfigurable optoelectronic circuit 91 using the first design result. Therefore, the circuit area can be greatly reduced. In addition, the internal configuration of the optical port, for example, the configuration of the optical coupling unit, the arrangement and number of the light emitting units, and the like are optimum configurations for each optical port, so that high performance and miniaturization can be achieved. This can also lead to an improvement in performance such as an increase in operating frequency and lower power consumption.

この様に、本実施例では、再構成可能な光電融合回路91をエミュレータとして用いて、カスタムな光電融合回路の設計を行なうことで、高性能で信頼性の高い光電融合回路を実現できる。また、本実施例の光電融合回路の設計方法は、検証にシミュレーションのみを用いた設計方法に比べて、信頼性が高い。特に、回路規模が大きい場合には、設計時間の短縮、設計コストの低下にも寄与する。 As described above, in this embodiment, a custom photoelectric fusion circuit is designed by using the reconfigurable photoelectric fusion circuit 91 as an emulator, thereby realizing a high-performance and highly reliable photoelectric fusion circuit. In addition, the design method of the optoelectronic circuit of this embodiment is more reliable than the design method using only simulation for verification. In particular, when the circuit scale is large, the design time can be shortened and the design cost can be reduced.

本発明の光電融合回路の設計フローを示す図。The figure which shows the design flow of the photoelectric fusion circuit of this invention. 本発明の光電融合回路の設計フローの詳細を示す図。The figure which shows the detail of the design flow of the photoelectric fusion circuit of this invention. Fan-out接続のネットリスト及びそれに対応したブロードキャスト光接続を示す図。The figure which shows the net list | wrist of a fan-out connection, and the broadcast optical connection corresponding to it. パラレル配線のFan-outの例を示す図。The figure which shows the example of Fan-out of parallel wiring. 実施例1で用いる再構成可能な光電融合回路の構成を模式的に示す図。FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a configuration of a reconfigurable photoelectric fusion circuit used in the first embodiment. 実施例1で用いる再構成可能な光電融合回路の構成を示す図(断面図)。1 is a diagram (sectional view) illustrating a configuration of a reconfigurable photoelectric fusion circuit used in Example 1. FIG. 本発明の光電融合回路の設計装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the design apparatus of the photoelectric fusion circuit of this invention. 実施例2における設計結果の一例を模式的に示す図。FIG. 10 schematically shows an example of a design result in the second embodiment. 実施例3における設計結果(レイアウト)の一例を示す図。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a design result (layout) in the third embodiment. 実施例4の再構成可能な光電融合システム(光電融合再構成システム)の構成を示す図。The figure which shows the structure of the photoelectric fusion system (photoelectric fusion reconstruction system) of the Example 4 which can be reconfigured. 光自由回路を示す図。The figure which shows an optical free circuit. 光ポートの光結合部の例を示す図。The figure which shows the example of the optical coupling part of an optical port. ライン導波路を有した光自由回路を示す図。The figure which shows the optical free circuit which has a line waveguide. 実施例5で用いる光電融合回路の設計評価装置の構成を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a photoelectric evaluation circuit design evaluation apparatus used in Example 5. 従来の集積回路における設計フローを示す図。The figure which shows the design flow in the conventional integrated circuit. 従来の光接続と電子回路を有したシステムにおける設計フローを示す図。The figure which shows the design flow in the system which has the conventional optical connection and the electronic circuit.

符号の説明Explanation of symbols

10 ネットリスト作成工程(ネットリスト)
11 光電融合設計工程(光電融合設計)
12 電気ネットと光ネットの生成工程(電気ネットと光ネットの生成)
13 電気ネット生成工程(電気ネット)
14 光ネット生成工程(光ネット)
15 光電融合レイアウト設計工程(光電融合レイアウト設計)
16 光ポート配置工程(光ポートの配置)
17 光接続設計工程(光接続設計)
18 電子回路レイアウト設計工程(電子回路レイアウト設計)
19 検証工程(検証)
20 要求仕様
21 システム設計工程(システム設計)
22 論理設計工程(論理設計)
24 設計結果出力工程(設計結果)
81 記憶手段
82 設計手段
83 制御手段
87 設計評価手段
91 再構成可能な光電融合回路
92 光電融合回路の設計を行なう回路
93 メモリ
94 入出力手段(I/O)
95 バス
100 基板
101 光伝送媒体(2D導波路)
102 光ポート
103、304 伝播光
104 放射角
105 電気配線層
106 電気配線
107 チップ(再構成可能な電子回路)
108 ライン導波路
201 論理要素
205 論理ブロック
206 交差部
207 接続部
208 マトリックス配線
301 光結合部
302 光照射位置
303 発光部からの光
305 光出力部
306 発光部
10 Netlist creation process (netlist)
11 Photoelectric fusion design process (photoelectric fusion design)
12 Electric net and optical net generation process (electric net and optical net generation)
13 Electric net generation process (electric net)
14 Optical network generation process (optical network)
15 Photoelectric fusion layout design process (photoelectric fusion layout design)
16 Optical port placement process (Optical port placement)
17 Optical connection design process (optical connection design)
18 Electronic circuit layout design process (electronic circuit layout design)
19 Verification process (Verification)
20 Required specifications
21 System design process (system design)
22 Logic design process (logic design)
24 Design result output process (design result)
81 Memory means
82 Design methods
83 Control means
87 Design evaluation means
91 Reconfigurable optoelectronic circuit
92 Circuit for optoelectronic circuit design
93 memory
94 Input / output means (I / O)
95 Bus
100 substrates
101 Optical transmission medium (2D waveguide)
102 optical port
103, 304 Propagating light
104 Radiation angle
105 Electrical wiring layer
106 Electrical wiring
107 chip (reconfigurable electronic circuit)
108 line waveguide
201 logical elements
205 logical blocks
206 Intersection
207 connection
208 Matrix wiring
301 Optical coupling
302 Light irradiation position
303 Light from light emitter
305 Light output section
306 Light emitter

Claims (12)

少なくとも下記のステップを有することを特徴とする電気配線と光接続を有する回路の設計方法。
回路接続リスト(ネットリスト)を生成する第1のステップ、
回路接続リストから、電子回路が担う接続リスト(電気ネット)と光接続が担う接続リスト(光ネット)を生成するする第2のステップ、
電気ネットに基づいて部品の配置さらには配線の設計を行なう第3のステップ、
光ネットに基づいて光接続の設計を行なう第4のステップ。
A method for designing a circuit having electrical wiring and optical connection, comprising at least the following steps.
A first step of generating a circuit connection list (net list);
A second step of generating, from the circuit connection list, a connection list (electric net) carried by the electronic circuit and a connection list (optical net) carried by the optical connection;
A third step of designing parts placement and wiring based on the electrical net;
A fourth step of designing an optical connection based on the optical net.
前記第2のステップの後、前記第3のステップと第4のステップの前に、光電変換機能を有した部品である光ポートの配置を行なう第5のステップを実行する請求項1に記載の電気配線と光接続を有する回路の設計方法。 2. The fifth step according to claim 1, wherein after the second step, before the third step and the fourth step, a fifth step of arranging an optical port which is a component having a photoelectric conversion function is executed. A method for designing a circuit having electrical wiring and optical connection. 前記第2のステップにおいて、電気ネットの数が少なくなる様に、電気ネットと光ネットの生成がなされる請求項1または2に記載の電気配線と光接続を有する回路の設計方法。 3. The design method for a circuit having electrical wiring and optical connection according to claim 1, wherein the electrical net and the optical net are generated so that the number of electrical nets is reduced in the second step. 前記第5のステップにおいて、総電気配線長が短くなる様に、光ポートの配置がなされる請求項2に記載の電気配線と光接続を有する回路の設計方法。 3. The method for designing a circuit having electrical wiring and optical connection according to claim 2, wherein the optical ports are arranged so that the total electrical wiring length is shortened in the fifth step. 前記第3のステップの配置配線設計と前記第4のステップの光接続の設計の検証を行って、前記第2乃至5のいずれかのステップに戻るか、設計を終了するかを判断する第6のステップを有する請求項1乃至4のいずれかに記載の電気配線と光接続を有する回路の設計方法。 The placement and routing design in the third step and the optical connection design in the fourth step are verified, and it is determined whether to return to any one of the second to fifth steps or finish the design. The method for designing a circuit having an electrical wiring and an optical connection according to claim 1, comprising the steps of: 前記電気配線と光接続を有する回路は、複数の半導体チップと電気配線層と光接続層を有したパッケージ構造からなり、半導体チップ間の接続の少なくとも一部において光接続層を介する光接続がなされる請求項1乃至5のいずれかに記載の電気配線と光接続を有する回路の設計方法。 The circuit having the electrical wiring and the optical connection has a package structure having a plurality of semiconductor chips, an electrical wiring layer, and an optical connection layer, and at least a part of the connection between the semiconductor chips is optically connected through the optical connection layer. A method for designing a circuit having an electrical connection and an optical connection according to any one of claims 1 to 5. 前記光接続層は、2次元光導波路と、2次元光導波路との間で光信号の入出力を行なう光ポートを有し、任意の光ポート間の組み合わせに渡って相互光接続が可能である請求項6に記載の電気配線と光接続を有する回路の設計方法。 The optical connection layer has a two-dimensional optical waveguide and an optical port for inputting / outputting an optical signal between the two-dimensional optical waveguide, and mutual optical connection is possible across any combination of optical ports. A method for designing a circuit having an electrical connection and an optical connection according to claim 6. 前記半導体チップは再構成可能な回路を有しており、半導体チップの内部構成を変更可能であることに加え、さらに前記光接続層を介して半導体チップ間の光接続を変更することが可能である請求項7に記載の電気配線と光接続を有する回路の設計方法。 The semiconductor chip has a reconfigurable circuit, and in addition to being able to change the internal configuration of the semiconductor chip, it is also possible to change the optical connection between the semiconductor chips via the optical connection layer. A method for designing a circuit having an electrical wiring and an optical connection according to claim 7. 少なくとも下記の手段を有することを特徴とする電気配線と光接続を有する回路の設計装置。
回路接続リストから電子回路接続リストと光接続リストを生成する第1の手段、
回路接続リストと電子回路接続リストと光接続リストを記憶する第2の手段、
電子回路接続リストに基づいて、電子回路のレイアウト設計を行なう第3の手段、
光接続リストに基づいて、光接続の設計を行なう第4の手段。
An apparatus for designing a circuit having electrical wiring and optical connection, comprising at least the following means.
A first means for generating an electronic circuit connection list and an optical connection list from the circuit connection list;
A second means for storing a circuit connection list, an electronic circuit connection list and an optical connection list;
A third means for designing the layout of the electronic circuit based on the electronic circuit connection list;
Fourth means for designing an optical connection based on the optical connection list.
少なくとも下記のステップをコンピュータに実行させることを特徴とする電気配線と光接続を有する回路の設計用プログラム。
回路接続リストから電子回路接続リストと光接続リストを生成する第1のステップ、
電子回路接続リストに基づいて、電子回路のレイアウト設計を行なう第2のステップ、
光接続リストに基づいて、光接続の設計を行なう第3のステップ。
A program for designing a circuit having electrical wiring and optical connection, wherein the computer executes at least the following steps.
A first step of generating an electronic circuit connection list and an optical connection list from the circuit connection list;
A second step of designing the layout of the electronic circuit based on the electronic circuit connection list;
A third step of designing an optical connection based on the optical connection list.
再構成可能な電気配線と光接続を有する回路と、請求項9に記載の電気配線と光接続を有する回路の設計装置を用い、入力情報に基づいて該設計装置において設計し、該設計の結果を再構成可能な電気配線と光接続を有する回路に実装することを特徴とする電気配線と光接続を有する回路の再構成方法。 Using the circuit having reconfigurable electrical wiring and optical connection and the circuit design apparatus having electrical wiring and optical connection according to claim 9, designing in the design apparatus based on input information, the result of the design Is mounted on a circuit having reconfigurable electrical wiring and optical connection. A method for reconfiguring a circuit having electrical wiring and optical connection. 再構成可能な電気配線と光接続を有する回路と、請求項9に記載の電気配線と光接続を有する回路の設計装置を用い、該設計装置の設計の結果を再構成可能な電気配線と光接続を有する回路に実装し、動作させて、該設計の結果を評価することを特徴とする電気配線と光接続を有する回路の設計評価方法。 A circuit having a reconfigurable electrical wiring and an optical connection, and the design device for a circuit having an electrical wiring and an optical connection according to claim 9, wherein the design result of the design apparatus is reconfigurable. A design evaluation method for a circuit having electrical wiring and optical connection, wherein the design result is evaluated by mounting the circuit on a circuit having connection and operating the circuit.
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