JP2806112B2 - Lsiシミュレーション装置 - Google Patents

Lsiシミュレーション装置

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JP2806112B2
JP2806112B2 JP3341380A JP34138091A JP2806112B2 JP 2806112 B2 JP2806112 B2 JP 2806112B2 JP 3341380 A JP3341380 A JP 3341380A JP 34138091 A JP34138091 A JP 34138091A JP 2806112 B2 JP2806112 B2 JP 2806112B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はLSIのシミュレーショ
ンに利用する。特に、回路シミュレーション装置の並列
処理技術に関する。
【0002】
【従来の技術】LSIの電子回路シミュレーションは、
CPU依存度の高い計算機処理のうちの一つであり、計
算コストの低減と処理の即応性の改善とを目的として種
々の改良方式が発明されている。特に、回路の並列処理
に関する技術は盛んに開発が進められているのは周知の
とおりである。その一例として特願昭61−02629
3および特願昭63−135877に記載されている並
列処理方式がある。当資料により提案されている並列処
理方式はシミュレーションデータのコンパイル、リン
ク、シミュレーション実行等計算処理のすべてに渡り並
列処理を適用し得るものであり、大規模集積回路シミュ
レーションの有力な手段を提供している。
【0003】なお、これらの方式は回路を機能に応じて
回路ブロックに分割し、各回路ブロックを並列に処理し
て最終的に相互作用を等価回路で挿入し、シミュレーシ
ョン結果を得るものがほとんどである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この回路ブ
ロックによる並列処理において、多数の回路ブロックが
共通して接続される共通接続回路ブロック(以下、グロ
ーバルノードと呼ぶ)の存在が問題になっている。
【0005】このグローバルノードに相当するものはD
C供給電源回路ブロック、MOS基板回路ブロック、接
地回路ブロックなどで、このような回路ブロックは優先
的に外部ノードに引き上げる方がよいとされている。そ
の理由としては、これらの回路ブロックには多数の回路
ブロックが共通して接続されているため、当該回路ブロ
ックを他の回路ブロックの内部に取り込んだ場合、回路
の細分化や定式化に不利になり結果として並列処理効率
の低下を招くからである。
【0006】また、このようなシミュレーション実行に
当たり回路方程式の定式化を行うが、通常その高い汎用
性から節点電位と電流独立変数を回路変数とする修正節
点法が用いられることが多い(IEEE Transa
ction onCircuit & System
第22巻 504頁〜509頁 1975年参照)。
【0007】さらに、この修正節点法を回路方程式の定
式化に用いる場合、LU分解過程での特異点を避けるた
めに通常は行および列のリオーダリング(再整理)が施
される(IEEE Transaction on C
ircuit &System 第28巻 271頁〜
279頁 1981年参照)。
【0008】さらに問題点を明確にするために図6およ
び図7を参照して具体的に説明する。図6は抵抗回路網
を示す図である。図7は抵抗回路網の回路行列である。
【0009】図6に示すような抵抗回路網から回路行列
を作成し、そこから得られた回路方程式を修正節点法で
定式化して行および列のリオーダリングを施すと周知の
手順により図7に示す行列パターンが得られる。
【0010】列順を電源電流31の電流変数41、電源
電流ノード33の電位変数42、抵抗ノード群34の電
位変数43、接地ノード35の電位変数44に対応さ
せ、行順は電源電流ノード33での部分行列45、電源
電流31での部分行列46、抵抗ノード34での部分行
列47、接地ノード35での部分行列48となる。
【0011】この方式の利点はLU分解過程での特異点
が避けられることの他に、電源素子および同素子の電流
変数に関する行列部分のLU分解過程で新たに派生する
行列要素数および行列要素の更新回数を少なくすること
ができる点にある。即ち、図7に示すように1行1列お
よび2行2列でのLU分解過程で、行列要素数および更
新数は「0」であることがわかる。シミュレーション時
間の短縮を図る上で、LU分解過程での行列要素数およ
び更新回数を少なくすることは重要である。
【0012】さて、この方式をブロック化された回路の
定式化に応用すると、行列パターンは図8に示すように
なる。図8は抵抗回路ブロックの回路行列である。
【0013】この回路行列は、抵抗ノード群34に関す
る回路ブロック内部ノード行列の領域60、61、電源
電流ノード33および接地ノード35に関する外部ノー
ド行列の領域62、63、電源電流31に関するグロー
バルノード行列の領域64、65から構成される。この
場合には、図8に示すパターンからわかるように回路ブ
ロックの定式化において、グローバルノード行列でのL
U分解過程で行列要素数もしくは更新回数がどうしても
増加し、これにともなう処理時間が大幅に増大する。
【0014】本発明はこのような背景に行われたもので
あり、回路をブロック化して演算しても処理時間を短縮
できる行列演算装置の提供を目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は回路図を入力す
る回路図入力インターフェースと、この回路図入力イン
ターフェースからの回路図情報により回路を回路ブロッ
クに分割して演算する回路ブロック分割演算部と、この
回路ブロック分割演算部からの回路ブロック情報により
シミュレーションを実行するシミュレーション実行部
と、このシミュレーション実行部からのシミュレーショ
ン結果を出力する結果出力インターフェースとを備えた
LSIシミュレーション装置において、前記回路ブロッ
ク分割演算部に、多数の回路ブロックが共通して接続さ
れる共通接続回路ブロックを識別する手段を備え、前記
共通接続回路ブロックを除去した回路ブロック要素で演
算のための回路行列を作成する手段を含むことを特徴と
する。
【0016】また、前記シミュレーション実行部に除去
した前記共通接続回路ブロックのデータを格納する手段
を備えることが望ましい。
【0017】さらに、前記シミュレーション実行部に除
去した前記共通接続回路ブロックを含めた総合シミュレ
ーションを行う手段を含むことが望ましい。
【0018】
【作用】回路図入力インターフェースからの回路図情報
により、回路ブロック分割演算部が回路図を回路ブロッ
クに分割する。その分割された回路ブロック情報により
グローバルノード識別手順が回路ブロックをグローバル
ノードか否か識別する。グローバルノード識別手順は、
例えば世界的に標準な回路シミュレーションであるSP
ICEを用いることができる(参考文献としてL.W.
Nagel“SPICE2;A computer p
rogram to simulatesemicon
ductor circuits”,Memo No.
ERL−M520,Electronics Rese
arch Lab.University of Ca
lifornia,Berkeley,May197
5.)。グローバルノードと識別されるものはDC供給
電源回路ブロック、MOS基板回路ブロック、接地回路
ブロックなどの多数の回路ブロックが共通して接続され
る共通接続回路ブロックである。
【0019】このようにして識別されたグローバルノー
ドは除去され、他の回路ブロックだけで回路行列を作成
する。さらに、この回路行列から回路方程式が作成され
修正節点法により定式化し、再び回路行列としてリオー
ダリングされる。この回路行列をLU分解して逆行列計
算をして変数解を得る。シミュレーション装置は、この
変数解をもとに回路のシミュレーションを実行する。こ
のとき、回路ブロック分割演算部で除去されたグローバ
ルノードの情報がグローバルノード情報ファイルから読
出され、シミュレーターはこのグローバルノード情報を
参照しながら総合的なシミュレーションをシミュレーシ
ョン実行部で行う。結果は結果出力インターフェースか
ら出力される。
【0020】なお、この手順はすべて自動的に実行され
る。
【0021】
【実施例】本発明実施例装置の構成を図1を参照して説
明する。図1は本発明実施例装置のブロック図である。
【0022】本発明は回路図を入力する回路図入力イン
ターフェース1と、この回路図入力インターフェース1
からの回路図情報により回路を回路ブロックに分割して
演算する回路ブロック分割演算部2と、この回路ブロッ
ク分割演算部2からの回路ブロック情報によりシミュレ
ーションを実行するシミュレーション実行部7と、この
シミュレーション実行部からのシミュレーション結果を
出力する結果出力インターフェース5とを備えたLSI
シミュレーション装置8において、回路ブロック分割演
算部2に、多数の回路ブロックが共通して接続される共
通接続回路ブロックを識別する手段を備え、前記共通接
続回路ブロックを除去した回路ブロック要素で演算のた
めの回路行列を作成する手段を含むことを特徴とする。
【0023】また、シミュレーション実行部7に除去し
た前記共通接続回路ブロックのデータを格納する手段を
備えている。
【0024】さらに、シミュレーション実行部7に除去
した前記共通接続回路ブロックを含めた総合シミュレー
ションを行う手段を含む構成である。
【0025】次に、図2を参照して本発明実施例装置の
回路ブロック分割演算部2の動作を説明する。図2は回
路ブロック分割演算部2の動作を示すフローチャートで
ある。
【0026】回路ブロック情報が入力されると、その回
路ブロックがグローバルノードか否かを識別する。グロ
ーバルノードと識別されるものはDC供給電源回路ブロ
ック、MOS基板回路ブロック、接地回路ブロックなど
の多数の回路ブロックが共通して接続される共通接続回
路ブロックである。
【0027】このようにして識別されたグローバルノー
ドは除去され、他の回路ブロックだけで回路行列を作成
する。さらに、この回路行列から回路方程式が作成され
修正節点法により定式化し、再び回路行列としてリオー
ダリングされる。この回路行列をLU分解して逆行列計
算をして変数解を得る。
【0028】次に、本発明実施例装置の回路ブロック分
割演算部2における回路行列作成手順を図3および図4
を参照して説明する。図3は回路ブロックを示す図であ
る。図4は本発明実施例装置によりグローバルノードが
除去された回路行列を示す図である。
【0029】図4の回路行列は図6に示す抵抗回路網に
対して回路ブロック分割を行い、本発明実施例装置を適
用したときの回路行列パターンである。
【0030】まず、グローバルノードを識別する。グロ
ーバルノードを識別する手段としては世界的に標準な回
路シミュレーションであるSPICEの回路記述フォー
マットにソフトを追加して用いる構成である。
【0031】次に、シミュレーションプログラムのコン
パイル部が入力された回路構造を解釈し、シミュレーシ
ョン実行時の回路行列パターンをあらかじめ作成する。
この回路行列パターンに基づき、回路ブロックを行列要
素とした回路行列が作成されるが、グローバルノードは
この回路行列の対角項に便宜上振り向けられる。これに
より実際のシミュレーション実行時にはグローバルノー
ドに関する行列要素はすべて対応する行列部の対角項に
蓄積されることになる。このように蓄積された対角項は
LU分解に入る前に「0」値にセットされる。
【0032】LU分解終了後に逆行列計算を行って変数
解を求めるが、グローバルノードの行列要素は「0」に
セットされているので、回路方程式は (1);Δi+g1 (ΔvG −Δv1 )+g2 (ΔvG
−Δv2 )+g3 (ΔvG −Δv3 )=θ g1 =g2 =g3 =0 即ち、 (2);Δi=θあるいはi=ik となる。ここで、Δとはニュートン反復計算での直前の
解との差分を意味する。また、iは電源電流31、vG
は電源電流ノード33の電位、v1 、v2 、v3 は抵抗
ノード群34の電位を示す。さらに、ik は電源電流3
1に関したニュートン反復計算の直前解である。(1)
式を(2)式で近似することは妥当である。なぜなら
(1)式において、電源電流ノード33のニュートン反
復電位差分ΔvG は常に「0」であること、またニュー
トン反復が収束した時点では、他のノードの電位差分Δ
1 、Δv2 、Δv3 は収束判定の切捨て誤差内に収ま
っているからである(通常、相対誤差で10-3)。
【0033】それゆえ ΔvG =θ Δv1 =Δv2 =Δv3 =θ により(1)式は(2)式により近似できる。
【0034】次に、本発明実施例装置をMOS、SRA
Mのシミュレーションに現用したときの状況を図5を参
照して説明する。図5はグローバルノードを「0」にセ
ットする状況を示す図である。
【0035】図5に示す回路行列パターンは93個のM
OSトランジスタ、48個の内部ノード、10個の外部
ノードであり、10個の外部ノードの内3個はグローバ
ルノードである。図5(a)に示すようにグローバルノ
ード行列53には多くの行列要素が派生し、LU分解過
程で行列計算時間の大半がグローバルノード行列53に
集中することがわかる。そこで、このグローバルノード
行列を「0」にセットすることで図5(b)に示すよう
にグローバルノード行列53は削除される。
【0036】この状態でのLU分解過程では回路行列計
算は内部ノード行列51およびグローバルノード以外の
外部ノード行列52だけを行えばよい。
【0037】このようにして演算された変数解により、
シミュレーション実行部7はシミュレーションを行う
が、そのときグローバルノード情報ファイル6に蓄積さ
れている除去したグローバルノードの情報をシミュレー
ター4が参照しながら、総合的なシミュレーションが行
われ、その結果は結果出力インターフェース5から出力
される。
【0038】なお、以上説明した手順は本発明実施例装
置内ですべて自動的に実行される。
【0039】
【発明の効果】回路をブロック化して回路行列を作成し
演算する回路行列処理過程において、グローバルノード
を除去して演算することにより、処理時間を約10分の
1に短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例装置のブロック図。
【図2】本発明実施例装置の回路ブロック分割演算部の
動作を示すフローチャート。
【図3】回路ブロックを示す図。
【図4】本発明実施例装置による回路行列を示す図。
【図5】グローバルノードを「0」にセットする状況を
示す図。
【図6】抵抗回路網を示す図。
【図7】抵抗回路網による回路行列を示す図。
【図8】回路ブロックによる回路行列を示す図。
【符号の説明】
1 回路図入力インターフェース 2 回路ブロック分割演算部 4 シミュレーター 5 結果出力インターフェース 6 グローバルノード情報ファイル 7 シミュレーション実行部 8 シミュレーション装置 21〜23内部ノード 24〜27外部ノード 28 外部ノードかつグローバルノード 29、30 電源素子 31 電源電流 32 抵抗回路 33 電源電流ノード 34 抵抗ノード群 35 接地ノード 41 電源電流の電流変数 42 電源電流ノードの電位変数 43 抵抗ノード群の電位変数 44 接地ノードの電位変数 45 電源電流ノードでの部分行列 46 電源電流での部分行列 47 抵抗ノード群での部分行列 48 接地ノードでの部分行列 51 内部ノード行列 52 外部ノード行列 53 グローバルノード行列 60〜65 領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−73650(JP,A) 特開 平4−163673(JP,A) 特開 平4−71071(JP,A) 下郡慎太郎、外3名、”ブロック分割 による直接法回路シミュレーションの並 列化”、電子情報通信学会技術研究報告 (VLD90−28)、電子情報通信学会、 1990年7月、Vol.90、No.135、 P.1〜6 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G06F 17/50 JICSTファイル(JOIS)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回路図を入力する回路図入力インターフ
    ェースと、この回路図入力インターフェースからの回路
    図情報により回路を回路ブロックに分割して演算する回
    路ブロック分割演算部と、この回路ブロック分割演算部
    からの回路ブロック情報によりシミュレーションを実行
    するシミュレーション実行部と、このシミュレーション
    実行部からのシミュレーション結果を出力する結果出力
    インターフェースとを備えたLSIシミュレーション装
    置において、 前記回路ブロック分割演算部に、 多数の回路ブロックが共通して接続される共通接続回路
    ブロックを識別する手段と、 前記共通接続回路ブロックを除去した回路ブロック要素
    で演算のための回路行列を作成する手段とを含むことを
    特徴とするLSIシミュレーション装置。
  2. 【請求項2】 前記シミュレーション実行部に除去した
    前記共通接続回路ブロックのデータを格納する手段を備
    えた請求項1記載のLSIシミュレーション装置。
  3. 【請求項3】 前記シミュレーション実行部に除去した
    前記共通接続回路ブロックを含めた総合シミュレーショ
    ンを行う手段を含む請求項2記載のLSIシミュレーシ
    ョン装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
下郡慎太郎、外3名、"ブロック分割による直接法回路シミュレーションの並列化"、電子情報通信学会技術研究報告(VLD90−28)、電子情報通信学会、1990年7月、Vol.90、No.135、P.1〜6

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