JP2008177423A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、低消費電力を必要とする大規模な半導体装置に関する。 The present invention relates to a large-scale semiconductor device that requires low power consumption.
近年、携帯用システムLSIのシステム規模は高機能化により拡大し、電池駆動のための低消費電力化設計が必要になっている。また、大規模でかつ高速動作のハイエンドのシステムLSI製品においてもトータルの電力が大きくなりすぎて、パッケージや信頼性対応のためにも、低消費電力化設計が必要になっている。このため、ゲーテッドクロックやConditional-Clock-Flip Flopと呼ばれる技術(例えば、「特許文献1」を参照。)が実現化されている。また、ブロック単位では動作しない時には電源を遮断するということも実行されている。 In recent years, the system scale of portable system LSIs has expanded due to higher functionality, and low power consumption design for battery driving is required. Further, even in a large-scale and high-speed high-end system LSI product, the total power becomes too large, and a design for reducing power consumption is required for packaging and reliability. For this reason, a technique called gated clock or Conditional-Clock-Flip Flop (see, for example, “Patent Document 1”) is realized. Also, it is executed that the power supply is shut off when the operation is not performed in units of blocks.
ゲーテッドクロックとは、必要な時以外はクロックをとめてシステムとしての動作を停止させ低消費電力をはかる技術である。また、Conditional-Clock-Flip Flopとは、フリップフロップへの入力データがフリップフロップ内にあるデータと異なり、入力データに変化が生じた時のみ、フリップフロップのクロック生成回路が起動し、フリップフロップにクロックを供給し低消費電力化をはかる技術である。 The gated clock is a technology that stops the operation of the system and saves power consumption when it is not necessary. Also, Conditional-Clock-Flip Flop is different from the data in the flip-flop. This is a technology to reduce power consumption by supplying a clock.
しかしながら、これらの技術を用いた従来の半導体装置では、システム動作がアクテイブな状態では消費電力を低減化できないという問題があった。特に、高速動作が必要なシステムLSI製品では、動作スピードに影響が出てくるため、低消費電力化に最も効果的な電源電圧を下げるという手法が使えず、高速動作と低消費電力とを両立させることが困難であるという問題があった。
本発明は、動作速度への影響を抑えつつ低消費電力化することができる半導体装置を提供する。 The present invention provides a semiconductor device capable of reducing power consumption while suppressing the influence on the operation speed.
本発明の一態様によれば、第1の電源が供給され、クロック生成のための第1の回路群が第1の方向に沿って配置された第1のレイアウト領域と、前記第1の電源より高い電圧の第2の電源が供給される第2の回路群が前記第1の方向に沿って配置された第2のレイアウト領域とを有し、複数の前記第1および第2のレイアウト領域が、前記第1の方向に沿って配設された共通のグランド配線を挟んで前記第1の方向とほぼ直交する第2の方向に沿って交互に配置されていることを特徴とする半導体装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, a first layout region in which a first power source is supplied and a first circuit group for generating a clock is arranged along a first direction, and the first power source is provided. A second circuit group to which a second power source having a higher voltage is supplied has a second layout region arranged along the first direction, and a plurality of the first and second layout regions Are alternately arranged along a second direction substantially perpendicular to the first direction across a common ground line arranged along the first direction. Is provided.
本発明によれば、クロック生成のための回路群が他と分離してレイアウトされるので、動作速度への影響を抑えつつ半導体装置を低消費電力化することができる。 According to the present invention, the circuit group for generating the clock is laid out separately from the others, so that it is possible to reduce the power consumption of the semiconductor device while suppressing the influence on the operation speed.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1に係わる半導体装置を示すレイアウト図である。ここでは、一例として、クロック生成のための回路群とその他の回路群のレイアウト面積がほぼ等しい場合を示した。 FIG. 1 is a layout diagram showing a semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention. Here, as an example, the case where the layout areas of the circuit group for clock generation and the other circuit groups are substantially equal is shown.
本発明の実施例1に係わる半導体装置は、クロック生成のための回路群が配置される第1のレイアウト領域11aおよび11b、その他のロジック回路群が配置される第2のレイアウト領域12aおよび12b、および共通のグランド配線GNDを備えている。
The semiconductor device according to the first embodiment of the present invention includes first layout regions 11a and 11b in which circuit groups for generating clocks are arranged,
第1および第2のレイアウト領域11a、11bおよび12a、12bは、それぞれ回路がX方向(図の紙面左右方向。以下、長手方向ともいう。)に沿って配置され、その長手方向に沿って延在するGND配線を挟んでY方向(図の紙面上下方向。)に沿って交互に配置されている。
In the first and
すなわち、図1に示したように、Y方向に沿って第1のレイアウト領域11a、GND配線、第2のレイアウト領域12a、GND配線、第1のレイアウト領域11b、GND配線、第2のレイアウト領域12bの順で配置されている。 That is, as shown in FIG. 1, the first layout area 11a, the GND wiring, the second layout area 12a, the GND wiring, the first layout area 11b, the GND wiring, and the second layout area along the Y direction. They are arranged in the order of 12b.
GND配線は、隣接する第1のレイアウト領域11aまたは11bと、第2のレイアウト領域12aまたは12bとでそれぞれ共有され、共通のグランド配線として使用される。
The GND wiring is shared by the adjacent first layout region 11a or 11b and the
第1のレイアウト領域11aおよび11bには、クロック信号を生成するためのクロック回路(CLK回路)およびフリップフロップ回路(F/F回路)からなる第1のレイアウト列13a〜13d、およびこれらの回路群に電源を供給する専用の電源配線VDD-Aが配置されている。 In the first layout regions 11a and 11b, first layout columns 13a to 13d including a clock circuit (CLK circuit) and a flip-flop circuit (F / F circuit) for generating a clock signal, and a circuit group thereof A dedicated power supply wiring VDD-A for supplying power to is arranged.
第1のレイアウト領域11aは、2つの第1のレイアウト列13aおよび13bと、その長手方向に延在するVDD-A配線とで構成され、第1のレイアウト列13aおよび13bは、VDD-A配線を挟んで対向して配置されている。VDD-A配線は、第1のレイアウト列13aおよび13bで共用される。 The first layout region 11a includes two first layout columns 13a and 13b and a VDD-A wiring extending in the longitudinal direction thereof. The first layout columns 13a and 13b include the VDD-A wiring. Are arranged opposite to each other. The VDD-A wiring is shared by the first layout columns 13a and 13b.
同様に、第1のレイアウト領域11bは、第1のレイアウト列13cおよび13dとVDD-A配線とで構成され、第1のレイアウト列13cおよび13dは、VDD-A配線を挟んで対向して配置されている。VDD-A配線は、第1のレイアウト列13cおよび13dで共用される。
Similarly, the first layout region 11b includes
第2のレイアウト領域12aおよび12bには、クロック信号の生成に直接関係しないその他のロジック回路からなる第2のレイアウト列14a〜14d、およびこれらの回路群に電源を供給する専用の電源配線VDD-Bが配置されている。
In the
第2のレイアウト領域12aは、2つの第2のレイアウト列14aおよび14bと、その長手方向に延在する共通のVDD-B配線とで構成され、第2のレイアウト列14aおよび14bは、VDD-B配線を挟んで対向して配置されている。
The second layout region 12a is composed of two
同様に、第2のレイアウト領域12bは、第2のレイアウト列14cおよび14dと共通のVDD-B配線とで構成され、第2のレイアウト列14cおよび14dは、VDD-B配線を挟んで対向して配置されている。
Similarly, the
VDD-B配線には、VDD-A配線に供給される電圧より高い電源電圧が供給されている。 A power supply voltage higher than the voltage supplied to the VDD-A wiring is supplied to the VDD-B wiring.
このように、クロック信号の生成に関係し相対的に消費電力の大きい第1のレイアウト領域11aおよび11bにはVDD-A配線で低い電源電圧を供給し、クロック信号の生成に直接関係しない第2のレイアウト領域12aおよび12bにはVDD-B配線でより高い電源電圧を供給することで、低消費電力化と高速動作とを両立させている。
In this way, a low power supply voltage is supplied to the first layout regions 11a and 11b, which are related to the generation of the clock signal and have relatively large power consumption, by the VDD-A wiring, and the second layout region is not directly related to the generation of the clock signal. By supplying a higher power supply voltage to the
上記実施例1によれば、クロック生成のための回路群がレイアウト列11a〜11dとして他のロジック回路群(レイアウト列12a〜12d)と分離してレイアウトされるので、動作速度への影響を抑えつつ半導体装置を低消費電力化することができる。 According to the first embodiment, the circuit group for generating the clock is laid out as the layout columns 11a to 11d separately from the other logic circuit groups (layout columns 12a to 12d), thereby suppressing the influence on the operation speed. In addition, the power consumption of the semiconductor device can be reduced.
図2は、本発明の実施例2に係わる半導体装置を示すレイアウト図である。本実施例では、クロック生成のための回路群のレイアウト面積がその他の回路群のレイアウト面積より大きい場合のレイアウト構成の一例を示した。 FIG. 2 is a layout diagram showing a semiconductor device according to Embodiment 2 of the present invention. In the present embodiment, an example of the layout configuration in the case where the layout area of the circuit group for clock generation is larger than the layout area of the other circuit groups is shown.
本発明の実施例2に係わる半導体装置は、クロック生成のための回路群が配置される第1のレイアウト領域21aおよび21b、その他のロジック回路群が配置される第2のレイアウト領域22aおよび22b、および共通のグランド配線GNDを備えている。
The semiconductor device according to the second embodiment of the present invention includes
第1および第2のレイアウト領域21a、21bおよび22a、22bは、それぞれ回路がX方向(図の紙面左右方向。以下、長手方向ともいう。)に沿って配置され、その長手方向に沿って延在するGND配線を挟んでY方向(図の紙面上下方向。)に沿って交互に配置されている。
In the first and
すなわち、図2に示したように、Y方向に沿って第1のレイアウト領域21a、GND配線、第2のレイアウト領域22a、GND配線、第1のレイアウト領域21b、GND配線、第2のレイアウト領域22bの順で配置されている。
That is, as shown in FIG. 2, the
GND配線は、隣接する第1のレイアウト領域21aまたは21bと、第2のレイアウト領域22aまたは22bとでそれぞれ共有され、共通のグランド配線として使用される。
The GND wiring is shared by the adjacent
第1のレイアウト領域21a、および第2のレイアウト領域22a、22bのレイアウト構成は、実施例1と同様であるので詳しい説明は省略する。本実施例と実施例1との違いは、第1のレイアウト領域21bが4つの第1のレイアウト列23c〜23fで構成されていることである。
Since the layout configuration of the
第1のレイアウト領域21bには、クロック信号を生成するためのクロック回路(CLK回路)およびフリップフロップ回路(F/F回路)からなる第1のレイアウト列23c〜23f、これらの回路群に電源を供給する専用の電源配線VDD-A、および第1のレイアウト列23dおよび23eで共用される専用のグランド配線GND-Aが配置されている。
In the first layout region 21b,
第1のレイアウト領域21bは、4つの第1のレイアウト列23c〜23fと、その長手方向に延在する2つのVDD-A配線および専用のGND-A配線とで構成され、第1のレイアウト列23cおよび23dは、1つのVDD-A配線を挟んで対向して配置され、第1のレイアウト列23eおよび23fは、もう1つのVDD-A配線を挟んで対向して配置され、第1のレイアウト列23dおよび23eの間には、長手方向に延在するGND-A配線が配設されている。
The first layout region 21b includes four
このように、実施例2では、第1のレイアウト領域21bを4つの第1のレイアウト列23c〜23fで構成することにより、クロック生成のための回路群のレイアウト面積がその他の回路群のレイアウト面積より大きい場合に対応している。
As described above, in the second embodiment, the first layout region 21b is configured by the four
上記実施例2によれば、クロック生成のための回路群のレイアウト面積がその他の回路群のレイアウト面積より大きい場合であっても、実施例1と同様の効果を得ることができる。 According to the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained even when the layout area of the circuit group for generating the clock is larger than the layout areas of the other circuit groups.
上述の実施例2の説明では、第1のレイアウト領域21bは4つの第1のレイアウト列23c〜23fを有するとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、さらに、多くの第1のレイアウト列を第1のレイアウト領域21bに配置することもできる。また、必要であれば、第1のレイアウト領域21aにより多くの第1のレイアウト列を配置することもできる。
In the description of the second embodiment, the first layout region 21b has the four
図3は、本発明の実施例3に係わる半導体装置を示すレイアウト図である。本実施例では、クロック生成のための回路群のレイアウト面積がその他の回路群のレイアウト面積より小さい場合のレイアウト構成の一例を示した。 FIG. 3 is a layout diagram showing a semiconductor device according to Embodiment 3 of the present invention. In this embodiment, an example of the layout configuration in the case where the layout area of the circuit group for generating the clock is smaller than the layout area of the other circuit groups is shown.
本発明の実施例3に係わる半導体装置は、クロック生成のための回路群が配置される第1のレイアウト領域31aおよび31b、その他のロジック回路群が配置される第2のレイアウト領域32aおよび32b、および共通のグランド配線GNDを備えている。
The semiconductor device according to the third embodiment of the present invention includes
第1および第2のレイアウト領域31a、31bおよび32a、32bは、それぞれ回路がX方向(図の紙面左右方向。以下、長手方向ともいう。)に沿って配置され、その長手方向に沿って延在するGND配線を挟んでY方向(図の紙面上下方向。)に沿って交互に配置されている。
In the first and
すなわち、図3に示したように、Y方向に沿って第1のレイアウト領域31a、GND配線、第2のレイアウト領域32a、GND配線、第1のレイアウト領域31b、GND配線、第2のレイアウト領域32bの順で配置されている。
That is, as shown in FIG. 3, the first layout region 31a, the GND wiring, the
GND配線は、隣接する第1のレイアウト領域31aまたは31bと、第2のレイアウト領域32aまたは32bとでそれぞれ共有され、共通のグランド配線として使用される。
The GND wiring is shared by the adjacent
第1のレイアウト領域31a、31bおよび第2のレイアウト領域32bのレイアウト構成は、実施例1と同様であるので詳しい説明は省略する。本実施例と実施例1との違いは、第2のレイアウト領域32aが4つの第2のレイアウト列34a〜34dで構成されていることである。
Since the layout configurations of the
第2のレイアウト領域32aには、クロック信号の生成に直接関係しないその他のクロック回路からなる第2のレイアウト列34a〜34d、これらの回路群に電源を供給する専用の電源配線VDD-B、および第2のレイアウト列34bおよび34cで共用される専用のグランド配線GND-Bが配置されている。
In the
第2のレイアウト領域32aは、4つの第2のレイアウト列34a〜34dと、その長手方向に延在する2つのVDD-B配線および専用のGND-B配線とで構成され、第2のレイアウト列34aおよび34bは、1つのVDD-B配線を挟んで対向して配置され、第2のレイアウト列34cおよび34dは、もう1つのVDD-B配線を挟んで対向して配置され、第2のレイアウト列34bおよび34cの間には、長手方向に延在するGND-B配線が配設されている。
The
このように、実施例3では、第2のレイアウト領域32aを4つの第2のレイアウト列34a〜34dで構成することにより、クロック生成のための回路群のレイアウト面積がその他の回路群のレイアウト面積より小さい場合に対応している。
As described above, in the third embodiment, the
上記実施例3によれば、クロック生成のための回路群のレイアウト面積がその他の回路群のレイアウト面積より小さい場合であっても、実施例1と同様の効果を得ることができる。 According to the third embodiment, even when the layout area of the circuit group for generating the clock is smaller than the layout areas of the other circuit groups, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
上述の実施例3の説明では、第2のレイアウト領域32aは4つの第2のレイアウト列34a〜34dを有するとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、さらに、多くの第2のレイアウト列を第2のレイアウト領域32aに配置することもできる。また、必要であれば、第2のレイアウト領域32bにより多くの第2のレイアウト列を配置することもできる。
In the above description of the third embodiment, the
さらに、上述の実施例1〜3の説明では、半導体装置は4つのレイアウト領域を備えているとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、2つ以上のレイアウト領域であれば、任意の数のレイアウト領域に対して同様に構成することができる。 Furthermore, in the description of the first to third embodiments, the semiconductor device is provided with four layout regions. However, the present invention is not limited to this, and any two or more layout regions may be used. The same arrangement can be made for a number of layout areas.
さらに、上述の実施例1〜3の説明では、第1のレイアウト領域はクロック生成のための回路群を有し、第2のレイアウト領域はその他のロジック回路群を有するとしたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、電源電圧を下げても高速動作に影響のないロジック回路であれば、第1のレイアウト領域に配置することもできる。 Further, in the above description of the first to third embodiments, the first layout area has a circuit group for generating a clock, and the second layout area has another logic circuit group. For example, any logic circuit that does not affect high-speed operation even when the power supply voltage is lowered can be arranged in the first layout region.
11a、11b、21a、21b、31a、31b 第1のレイアウト領域
12a、12b、22a、22b、32a、32b 第2のレイアウト領域
13a〜13d、23a〜23f、33a〜33d 第1のレイアウト列
14a〜14d、24a〜24d、34a〜34f 第2のレイアウト列
VDD-A、VDD-B 専用の電源配線
GND 共通のグランド配線
GND-A、GND-B 専用のグランド配線
11a, 11b, 21a, 21b, 31a, 31b
Claims (5)
前記第1の電源より高い電圧の第2の電源が供給される第2の回路群が前記第1の方向に沿って配置された第2のレイアウト領域とを有し、
複数の前記第1および第2のレイアウト領域が、前記第1の方向に沿って配設された共通のグランド配線を挟んで前記第1の方向とほぼ直交する第2の方向に沿って交互に配置されていることを特徴とする半導体装置。 A first layout region in which a first power supply is supplied and a first circuit group for generating a clock is arranged along a first direction;
A second circuit group to which a second power source having a voltage higher than that of the first power source is supplied has a second layout region arranged along the first direction;
A plurality of the first and second layout regions are alternately arranged along a second direction substantially orthogonal to the first direction across a common ground line disposed along the first direction. A semiconductor device which is arranged.
前記第1の方向に沿って配設され、前記第1の電源が供給される第1の電源配線と、
前記第1の回路群が前記第1の方向に沿って配置された2つのレイアウト列とを有し、
前記2つのレイアウト列が、前記第1の電源配線を共有し、かつ、当該電源配線を挟んで前記第2の方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The first layout area is
A first power supply line disposed along the first direction and supplied with the first power;
The first circuit group includes two layout columns arranged along the first direction;
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the two layout columns share the first power supply wiring and are arranged along the second direction with the power supply wiring interposed therebetween. .
前記第1の方向に沿って配設され、前記第2の電源が供給される第2の電源配線と、
前記第2の回路群が前記第1の方向に沿って配置された2つのレイアウト列とを有し、
前記2つのレイアウト列が、前記第2の電源配線を共有し、かつ、当該電源配線を挟んで前記第2の方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The second layout area is
A second power supply line disposed along the first direction and supplied with the second power;
The second circuit group includes two layout columns arranged along the first direction;
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the two layout columns share the second power supply wiring and are arranged along the second direction with the power supply wiring interposed therebetween. .
前記第1の方向に沿って配設され、前記第1の電源が供給される複数の第1の電源配線と、
前記第1の方向に沿って配設された専用のグランド配線と、
前記第1の回路群が前記第1の方向に沿って配置された複数のレイアウト列とを有し、
前記複数のレイアウト列が、前記第2の方向に沿って交互に配置された前記第1の電源配線および前記専用のグランド配線を共有し、かつ、当該電源配線およびグランド配線を挟んで前記第2の方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The first layout area is
A plurality of first power supply wirings arranged along the first direction and supplied with the first power;
A dedicated ground wiring disposed along the first direction;
The first circuit group includes a plurality of layout columns arranged along the first direction;
The plurality of layout columns share the first power supply wiring and the dedicated ground wiring arranged alternately along the second direction, and the second power supply wiring and the ground wiring are sandwiched between the second power supply wiring and the ground wiring. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is disposed along the direction of
前記第1の方向に沿って配設され、前記第2の電源が供給される複数の第2の電源配線と、
前記第1の方向に沿って配置された専用のグランド配線と、
前記第2の回路群が前記第1の方向に沿って配置された複数のレイアウト列とを有し、
前記複数のレイアウト列が、前記第2の方向に沿って交互に配置された前記第1の電源配線および前記専用のグランド配線を共有し、かつ、当該電源配線およびグランド配線を挟んで前記第2の方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The second layout area is
A plurality of second power supply wirings arranged along the first direction and supplied with the second power;
A dedicated ground wiring disposed along the first direction;
The second circuit group includes a plurality of layout columns arranged along the first direction;
The plurality of layout columns share the first power supply wiring and the dedicated ground wiring arranged alternately along the second direction, and the second power supply wiring and the ground wiring are sandwiched between the second power supply wiring and the ground wiring. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is disposed along the direction of
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