JP2009075822A - Semiconductor circuit design apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体回路設計装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor circuit design apparatus.
LSIのような半導体集積回路装置は、それを構成する半導体素子間を接続し、半導体素子間の信号を伝達する信号経路を有する。信号経路には、バッファ、論理ゲート、フリップフロップ等の論理セルが介在する。論理セルは、或る遅延時間を有し、その遅延時間分だけ信号を遅延させる。論理セルにおける遅延時間は、その論理セルが配置される周辺環境の変動によって異なる。 A semiconductor integrated circuit device such as an LSI has a signal path that connects between semiconductor elements constituting the device and transmits signals between the semiconductor elements. In the signal path, logic cells such as buffers, logic gates, and flip-flops are interposed. The logic cell has a certain delay time and delays the signal by the delay time. The delay time in a logic cell varies depending on the surrounding environment where the logic cell is arranged.
しかし、従来の半導体集積回路設計装置では、周辺環境の変動を考慮した遅延時間の最適化を行っていなかった。周辺環境の変動による遅延時間を考慮していない場合、信号経路全体における信号のタイミングのばらつきを低下させることができなかった。 However, the conventional semiconductor integrated circuit design apparatus has not optimized the delay time in consideration of changes in the surrounding environment. When the delay time due to changes in the surrounding environment is not taken into account, the timing variation of the signal in the entire signal path cannot be reduced.
また、各論理セルの周辺環境の変動による遅延時間のばらつきを考慮していない場合、信号のタイミングのばらつきのワーストケース保証に対応するために、サイズの大きな論理セルを用いていた。しかし、論理セルのサイズを大きくすることは、半導体集積回路のチップサイズを大きくする原因となる。 In addition, when the variation in delay time due to the change in the surrounding environment of each logic cell is not taken into account, a large size logic cell is used in order to cope with the worst case guarantee of the signal timing variation. However, increasing the size of the logic cell causes an increase in the chip size of the semiconductor integrated circuit.
信号経路に配置された論理セルの周辺環境を考慮して信号遅延時間のばらつきを低下させることができる半導体回路設計装置を提供する。 Provided is a semiconductor circuit design apparatus capable of reducing variations in signal delay time in consideration of the surrounding environment of logic cells arranged in a signal path.
本発明に係る実施形態に従った半導体回路設計装置は、半導体集積回路を構成する素子間の信号経路を設計する半導体回路設計装置であって、前記半導体集積回路の回路情報を格納する回路情報格納部と、前記信号経路上に配置される論理セルの設定環境の変化による該論理セルの遅延時間を示すセル遅延時間のばらつきを格納するセル情報格納部と、前記回路情報に基づいて論理合成された前記信号経路の遅延時間を示す経路遅延時間を計算するタイミング計算部と、前記信号経路上に設定された複数の既存論理セルの設定箇所の設定環境の変動を解析する解析部と、前記セル情報格納部に格納された複数の論理セルのうち、前記信号経路上に設定した場合に前記設定環境に関する遅延時間のばらつき分布が、前記信号経路上に設定された前記複数の論理セルのセル遅延時間の平均値の総和に接近するように相殺し合う複数の置換論理セルを抽出する抽出部と、前記複数の既存論理セルを前記複数の置換論理セルで置き換える置換部とを備えている。 A semiconductor circuit design apparatus according to an embodiment of the present invention is a semiconductor circuit design apparatus for designing a signal path between elements constituting a semiconductor integrated circuit, and stores circuit information for storing circuit information of the semiconductor integrated circuit. A cell information storage unit for storing a variation in a cell delay time indicating a delay time of the logic cell due to a change in a setting environment of the logic cell arranged on the signal path, and logic synthesis based on the circuit information A timing calculation unit for calculating a delay time indicating the delay time of the signal path, an analysis unit for analyzing a change in a setting environment of a set location of a plurality of existing logic cells set on the signal path, and the cell When a plurality of logic cells stored in the information storage unit are set on the signal path, a delay time variation distribution related to the setting environment is set on the signal path. An extraction unit that extracts a plurality of replacement logic cells that cancel each other so as to approach the sum of the average values of the cell delay times of the plurality of logic cells, and a replacement that replaces the plurality of existing logic cells with the plurality of replacement logic cells Department.
本発明に係る実施形態に従った半導体回路設計装置は、半導体集積回路を構成する素子間の信号経路を設計する半導体回路設計装置であって、前記半導体集積回路の回路情報を格納する回路情報格納部と、前記信号経路上に配置される論理セルの設定環境の変化による該論理セルの遅延時間を示すセル遅延時間のばらつきを格納するセル情報格納部と、前記回路情報に基づいて論理合成された前記信号経路の遅延時間を示す経路遅延時間を計算するタイミング計算部と、前記信号経路上に設定された複数の既存論理セルの設定箇所の設定環境の変動を解析する解析部と、前記設定環境に関する遅延時間のばらつき分布が前記既存論理セルよりも小さい置換論理セルを抽出する抽出部と、前記既存論理セルを前記置換論理セルで置き換える置換部とを備えている。 A semiconductor circuit design apparatus according to an embodiment of the present invention is a semiconductor circuit design apparatus for designing a signal path between elements constituting a semiconductor integrated circuit, and stores circuit information for storing circuit information of the semiconductor integrated circuit. A cell information storage unit for storing a variation in a cell delay time indicating a delay time of the logic cell due to a change in a setting environment of the logic cell arranged on the signal path, and logic synthesis based on the circuit information A timing calculation unit for calculating a delay time indicating the delay time of the signal path, an analysis unit for analyzing a change in a setting environment of a set location of a plurality of existing logic cells set on the signal path, and the setting An extraction unit for extracting a replacement logic cell having a variation distribution of delay time related to the environment smaller than that of the existing logic cell, and replacement for replacing the existing logic cell with the replacement logic cell It is equipped with a door.
本発明による半導体回路設計装置は、信号経路に配置された論理セルの周辺環境を考慮して信号遅延時間のばらつきを低下させることができる。 The semiconductor circuit design apparatus according to the present invention can reduce the variation in the signal delay time in consideration of the surrounding environment of the logic cell arranged in the signal path.
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. This embodiment does not limit the present invention.
(第1の実施形態)
図1は、本発明に係る第1の実施形態に従った半導体集積回路設計装置の構成の一例を示すブロック図である。半導体集積回路設計装置は、回路情報格納部10と、セル情報格納部20と、目標タイミング算出部30と、経路タイミング計算部40と、環境解析部60と、セル抽出部70と、セル置換部80と、回路情報出力部90とを備えている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of the semiconductor integrated circuit design apparatus according to the first embodiment of the present invention. The semiconductor integrated circuit design apparatus includes a circuit
半導体集積回路設計装置は、半導体集積回路を構成する半導体素子に信号を供給するために信号経路配線構造を設計する。信号経路配線構造(以下、信号経路)は、半導体集積回路を構成する半導体素子(例えば、フリップフロップなどの記憶素子)に対して信号を供給するために、配線および論理セルによって構成された配線構造である。論理セル(以下、セルともいう)は、例えば、論理ゲート(ANDゲート、ORゲート)、フリップフロップ、バッファなどである。回路情報格納部10は、半導体集積回路の回路情報を格納し、半導体集積回路設計装置は、この回路情報に基づいて半導体素子の配置および信号経路を設計する。セル情報格納部20は、信号経路の経路上に配置される複数のセルの設定環境の変化による信号遅延時間のばらつき分布を格納する。設定環境は、例えば、半導体チップ内のセルの配置箇所の温度、セルに供給される電源電圧、あるいは、セルの配置箇所におけるセルのプロセスばらつき(トランジスタのサイズ(チャネル幅(W)/チャネル長(L)のばらつき)等のようなセルが配置される位置における様々な環境である。セルの信号遅延時間のばらつきとは、或る設定環境におけるセルの信号遅延時間のばらつきを意味する。例えば、セルの信号遅延時間のばらつきは、セルの配置箇所の温度に応じた該セルの遅延時間のばらつき、セルに供給される電源電圧に応じた該セルの遅延時間のばらつき、セルを構成するトランジスタのサイズのプロセスばらつきに応じた該セルの遅延時間のばらつき等である。通常、セルの配置される位置によって設定環境は変化する。設定環境が変化すると、セルの信号遅延時間のばらつき分布が変化する。このような信号遅延時間のばらつき分布の変化は、セル固有のものであり、設定環境に依存して決定される。従って、これらのセルの信号遅延時間のばらつき分布の情報は、設定環境に応じた変数として予め判明しており、セル情報格納部(セルライブラリ)20に格納されている。
A semiconductor integrated circuit design apparatus designs a signal path wiring structure in order to supply a signal to a semiconductor element constituting the semiconductor integrated circuit. A signal path wiring structure (hereinafter referred to as a signal path) is a wiring structure configured by wiring and logic cells to supply signals to semiconductor elements (for example, memory elements such as flip-flops) constituting a semiconductor integrated circuit. It is. The logic cell (hereinafter also referred to as a cell) is, for example, a logic gate (AND gate or OR gate), a flip-flop, a buffer, or the like. The circuit
目標タイミング算出部30は、信号経路の各経路が満たすべき目標のタイミング(信号遅延時間)を、回路情報に基づいて算出する。このとき、目標タイミング算出部30が算出する信号遅延時間を、以下、ターゲット遅延時間という。ターゲット遅延時間は、予め設定された規格に基づいて各信号経路に対して算出された遅延時間であり、信号経路の信号遅延時間が満たすべき時間的な範囲(規格)である。経路タイミング計算部40は、論理合成された信号経路の各経路のタイミング(信号遅延時間)を計算する。このとき、経路タイミング計算部40が算出する信号遅延時間を、以下、現状遅延時間という。
The target
環境解析部60は、或る信号経路に設定された既存のセルの設定環境を解析する。例えば、環境解析部60は、セルの配置箇所の温度、セルに供給される電源電圧、あるいは、セルの配置箇所におけるセルのプロセスばらつき等を計算する。
The
セル抽出部70は、セル情報格納部20に格納された複数のセルから信号経路上の複数の置換用のセル(置換セル)を抽出する。これらの複数の置換セルは、信号経路上に設定した場合に、設定環境に関する遅延時間のばらつき分布が、この複数の置換セルのセル遅延時間の平均値の総和に接近するように相殺し合うようなセルである。より詳細には、セル抽出部70は、まず、信号遅延時間の平均値の総和がターゲット遅延時間となるような信号経路上の複数の論理セルの組合せをセル情報格納部20からいくつか選択する。ここで、各セルの信号遅延時間の平均値は、全設定環境の信号遅延時間を含めた平均値である。次に、セル抽出部70は、その選択された論理セルの組合せのうち、環境解析部60で解析された或る設定環境に関する各セルの信号遅延時間のばらつき分布が各セルの信号遅延時間の平均値に関して互いに逆側にある組合せを抽出する。
The
各セルの信号遅延時間のばらつき分布が各セルの信号遅延時間の平均値に関して互いに逆側にあれば、それらの信号遅延時間のばらつき分布が互いに相殺し、経路全体の信号遅延時間のばらつきを低下させることができる。 If the variation distribution of the signal delay time of each cell is opposite to the average value of the signal delay time of each cell, the variation distribution of the signal delay time cancels each other, and the variation of the signal delay time of the entire path is reduced. Can be made.
セル置換部80は、設定されていた既存のセルを、セル抽出部70で抽出された置換セルで置き換える。これにより、信号経路の信号遅延時間は、或る設定環境に関してばらつきが小さく、かつ、ターゲット遅延時間を満足することができる。回路情報出力部90は、ターゲット遅延時間を満足した回路情報を回路情報格納部10から出力する。例えば、回路情報出力部90は、インタフェースまたはモニタ等である。
The
このように、本実施形態による半導体回路設計装置は、セルの周辺環境を考慮して信号経路の信号遅延時間を最適化することができる。これにより、信号遅延時間をターゲット遅延時間の範囲内としつつ、信号経路の遅延時間のばらつきを低下させることができる。 As described above, the semiconductor circuit design apparatus according to the present embodiment can optimize the signal delay time of the signal path in consideration of the surrounding environment of the cell. Thereby, the variation in the delay time of the signal path can be reduced while keeping the signal delay time within the range of the target delay time.
図2は、本実施形態による半導体回路設計装置による回路設計方法を示すフロー図である。図3は、本実施形態による回路設計方法を示す概念図である。図2および図3を参照して、さらに、本実施形態をより詳細に説明する。 FIG. 2 is a flowchart showing a circuit design method by the semiconductor circuit design apparatus according to the present embodiment. FIG. 3 is a conceptual diagram showing the circuit design method according to the present embodiment. With reference to FIG. 2 and FIG. 3, the present embodiment will be described in more detail.
まず、目標タイミング算出部30が信号経路の各経路が満たすべきターゲット遅延時間を、回路情報に基づいて算出する(S10)。経路タイミング計算部40は、論理合成された信号経路の各経路の現状遅延時間を計算する(S20)。
First, the target
環境解析部60が、信号経路に設定された既存のセルの設定環境を解析する(S40)。
The
セル抽出部70は、ターゲット遅延時間および環境解析部60で解析された設定環境に基づいて複数のセルをセル情報格納部20から抽出する(S50)。例えば、図3に示すように、2つのセルC10およびC20を含む信号経路P10がフリップフロップFF1とフリップフロップFF2との間に設定されているものと仮定する。フリップフロップFF1とFF2との間のターゲット遅延時間は、例えば、1.2ナノ秒(ns)である。このように、ターゲット遅延時間が1.2nsとすると、セル抽出部70は、信号経路P10に設定した場合に信号遅延時間の平均値の総和が1.2nsとなるようなセルの組合せを選択する。例えば、セル抽出部70は、(0.6ns、0.6ns)のセルの組合せ、(0.7ns、0.5ns)のセルの組合せ、(0.8ns、0.4ns)のセルの組合せ等を選択する。括弧内の数値は、各セルの信号遅延時間の平均値を示す。
The
次に、セル抽出部70は、或る設定環境に関する信号遅延時間のばらつきが信号遅延時間の平均値に関して互いに逆側に存在するようなセルの組合せを抽出する。例えば、セルC10の全体の信号遅延時間の平均値は、0.6nsである。セルC10の配置箇所における設定環境A(例えば、電源電圧)に関するセルC10の遅延時間のばらつき分布は、平均値が0.5nsであり、標準偏差が0.1となる。セルC10の配置箇所における設定環境B(例えば、温度)に関するセルC10の遅延時間のばらつき分布は、平均値が0.7nsであり、標準偏差が0.1となる。また、セル20の全体の信号遅延時間の平均値も、0.6nsである。セルC20の配置箇所における設定環境Aに関するセルC20の遅延時間のばらつき分布の平均値は、0.7nsであり、そのばらつき分布の標準偏差は0.1である。セルC20の配置箇所における設定環境B(例えば、温度)に関するセルC20の遅延時間のばらつき分布の平均値は0.5nsであり、そのばらつき分布の標準偏差は0.1である。設定環境AおよびBについて、セルC10およびC20は、セルC10およびC20のそれぞれの全体の信号遅延時間の平均値に関して逆側にばらついている。従って、セルC10とセルC20とを組み合わせることによって、設定環境AおよびBに関して信号遅延時間のばらつき分布が相殺され、最小化される。
Next, the
このような信号遅延時間のばらつき分布を有するセルC10およびC20の組合せをセル情報格納部20から抽出することによって、信号経路P10全体の信号遅延時間はターゲット遅延時間を満足し、かつ、設定環境AおよびBにおける信号遅延時間のばらつきを最小化させることが可能となる。
By extracting the combination of the cells C10 and C20 having such a variation distribution of the signal delay time from the cell
セルC10およびC20の信号遅延時間の平均値は、上述のように、経路全体のターゲット遅延時間(1.2ns)を、(0.6ns、0.6ns)のセルの組合せとした場合である。 The average value of the signal delay times of the cells C10 and C20 is a case where the target delay time (1.2 ns) of the entire path is a combination of cells of (0.6 ns, 0.6 ns) as described above.
セルC10およびC20の構成は異なっていてもよい。この場合、セル抽出部70は、(0.7ns、0.5ns)のセルの組合せ等を選択する。例えば、セルC10の全体の信号遅延時間を0.7nsとし、セルC20の全体の信号遅延時間を0.5nsとすると、セル抽出部70は、設定環境AおよびBについて、全体の信号遅延時間の平均値(セルC10については0.7ns、セルC20については0.5ns)に関して互いに逆側にばらついている複数のセルをセルC10およびC20として抽出すればよい。
The configurations of the cells C10 and C20 may be different. In this case, the
図3に示す具体例は、一例であり、本実施形態はこれに限定されない。例えば、ターゲット遅延時間は、1.2±t(ns)という規格に基づいた範囲であってよい。設定環境は、1つでもよく、3つ以上であってもよい。また、セル数は、3つ以上であってもよい。 The specific example shown in FIG. 3 is an example, and the present embodiment is not limited to this. For example, the target delay time may be in a range based on a standard of 1.2 ± t (ns). There may be one setting environment or three or more setting environments. Further, the number of cells may be three or more.
さらに、複数の設定環境がある場合に、セル抽出部70は、変動の最も大きな設定環境に関して、この設定環境による信号遅延時間のばらつきを相殺するような複数のセルを抽出してもよい。設定環境の変動が大きいほど、信号遅延時間のばらつき分布が各セルごとに大きく異なると予想できるからである。つまり、変動の大きい設定環境ほど、経路の信号遅延時間がターゲット遅延時間から外れる原因となる確率が高いからである。このような設定環境による信号遅延時間のばらつきを相殺することによって、その経路の信号遅延時間は、ターゲット遅延時間を満足しやすくなる。
Further, when there are a plurality of setting environments, the
次に、セル置換部80は、セル抽出部70で抽出されたセルでもともと設定されていた既存のセルを置き換える(S60)。全ての信号経路に対してステップS20〜S60の置換作業を実行する。全ての信号経路に対して置換作業が完了したら、回路情報出力部90がセル置換後の回路情報を出力または表示する(S70)。
Next, the
本実施形態によれば、セルC10およびC20を組み合わせることによって、設定環境における各セルの信号遅延時間のばらつきを相殺し、セルの周辺環境を考慮した信号遅延時間のばらつき最小化を実現させることができる。これにより、本実施形態による半導体集積回路設計装置は、信号経路全体の信号遅延時間による歩留まり低下を抑制することができる。 According to the present embodiment, by combining the cells C10 and C20, it is possible to cancel the variation in signal delay time of each cell in the setting environment, and to realize variation minimization of signal delay time in consideration of the surrounding environment of the cell. it can. Thereby, the semiconductor integrated circuit design device according to the present embodiment can suppress the yield reduction due to the signal delay time of the entire signal path.
(第2の実施形態)
図4は、本発明に係る第2の実施形態に従った半導体回路設計装置による回路設計方法を示す概念図である。第2の実施形態では、セル抽出部70は、ばらつきの大きな設定環境について、信号遅延時間のばらつき分布が既存のセルの信号遅延時間のばらつき分布よりも小さいセルを抽出する。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a circuit design method by the semiconductor circuit design apparatus according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the
例えば、セルC10の設置位置において、設定環境A(例えば、プロセスばらつき)の変動が最も大きい場合、セル抽出部70は、設定環境Aにおける信号遅延時間のばらつきの小さなセルC10を抽出する。また、セルC20の設置位置において、設定環境B(例えば、電源電圧)の変動が大きい場合、セル抽出部70は、設定環境Bにおける信号遅延時間のばらつきの小さなセルC20を抽出する。このように、第2の実施形態は、変動の大きな設定環境における信号遅延時間のばらつきの小さなセルを抽出することによって、信号経路全体の信号遅延時間のばらつきを小さくすることができる。
For example, when the variation of the setting environment A (for example, process variation) is the largest at the installation position of the cell C10, the
10…回路情報格納部
20…セル情報格納部
30…目標タイミング算出部
40…経路タイミング計算部
60…環境解析部
70…セル抽出部
80…セル置換部
90…回路情報出力部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記半導体集積回路の回路情報を格納する回路情報格納部と、
前記信号経路上に配置される論理セルの設定環境の変化による該論理セルの遅延時間を示すセル遅延時間のばらつきを格納するセル情報格納部と、
前記回路情報に基づいて論理合成された前記信号経路の遅延時間を示す経路遅延時間を計算するタイミング計算部と、
前記信号経路上に設定された複数の既存論理セルの設定箇所の設定環境の変動を解析する解析部と、
前記セル情報格納部に格納された複数の論理セルのうち、前記信号経路上に設定した場合に前記設定環境に関する遅延時間のばらつき分布が、前記信号経路上に設定された前記複数の論理セルのセル遅延時間の平均値の総和に接近するように相殺し合う複数の置換論理セルを抽出する抽出部と、
前記複数の既存論理セルを前記複数の置換論理セルで置き換える置換部とを備えた半導体回路設計装置。 A semiconductor circuit design apparatus for designing a signal path between elements constituting a semiconductor integrated circuit,
A circuit information storage unit for storing circuit information of the semiconductor integrated circuit;
A cell information storage unit for storing variation of a cell delay time indicating a delay time of the logic cell due to a change in a setting environment of the logic cell arranged on the signal path;
A timing calculation unit for calculating a path delay time indicating a delay time of the signal path logically synthesized based on the circuit information;
An analysis unit for analyzing a change in a setting environment of a setting location of a plurality of existing logic cells set on the signal path;
Among the plurality of logic cells stored in the cell information storage unit, when set on the signal path, a variation distribution of delay time related to the setting environment is calculated for the plurality of logic cells set on the signal path. An extraction unit that extracts a plurality of replacement logic cells that cancel each other so as to approach the sum of the average values of the cell delay times;
A semiconductor circuit design apparatus comprising: a replacement unit that replaces the plurality of existing logic cells with the plurality of replacement logic cells.
前記半導体集積回路の回路情報を格納する回路情報格納部と、
前記信号経路上に配置される論理セルの設定環境の変化による該論理セルの遅延時間を示すセル遅延時間のばらつきを格納するセル情報格納部と、
前記回路情報に基づいて論理合成された前記信号経路の遅延時間を示す経路遅延時間を計算するタイミング計算部と、
前記信号経路上に設定された複数の既存論理セルの設定箇所の設定環境の変動を解析する解析部と、
前記設定環境に関する遅延時間のばらつき分布が前記既存論理セルよりも小さい置換論理セルを抽出する抽出部と、
前記既存論理セルを前記置換論理セルで置き換える置換部とを備えた半導体回路設計装置。 A semiconductor circuit design apparatus for designing a signal path between elements constituting a semiconductor integrated circuit,
A circuit information storage unit for storing circuit information of the semiconductor integrated circuit;
A cell information storage unit for storing variation of a cell delay time indicating a delay time of the logic cell due to a change in a setting environment of the logic cell arranged on the signal path;
A timing calculation unit for calculating a path delay time indicating a delay time of the signal path logically synthesized based on the circuit information;
An analysis unit for analyzing a change in a setting environment of a setting location of a plurality of existing logic cells set on the signal path;
An extraction unit for extracting a replacement logic cell having a variation distribution of delay time related to the setting environment smaller than that of the existing logic cell;
A semiconductor circuit design apparatus comprising: a replacement unit that replaces the existing logic cell with the replacement logic cell.
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