JP3836276B2

JP3836276B2 - 集積回路のノイズ及び電力の評価方法

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Publication number: JP3836276B2
Application number: JP26453899A
Authority: JP
Inventors: 琢内野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2006-10-25
Anticipated expiration: 2019-09-17
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路のノイズ及び電力の評価方法に関し、特に集積回路内の各信号線における信号波形、その出現確率及び信号間相関を考慮して集積回路のノイズ及び電力の評価を行なう方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩ微細加工技術の進歩により、大規模高集積回路を製造することが可能になった。しかし、回路の微細化および大規模化は、ノイズや消費電力の増大をもたらす。ノイズが増大すると、ノイズ対策に時間がとられ、ＬＳＩのコストが割高になる。また、消費電力が増大すると、機器のバッテリーが短時間で消耗したり、高価な放熱性パッケージを使用せざるを得ない、といった不利益が生じる。従って、設計の初期段階において、ノイズおよび電力を予測する必要がある。
【０００３】
ノイズおよび電力を予測するためには、ＬＳＩ内部の回路動作を調べなくてはならない。ノイズおよび電力は、回路が動作するとき、すなわち電荷が消費されるときに生じるからである。回路の動作を調べる最も一般的な従来手法として、テストベクトルを用いた動作シミュレーション（計算機内部で回路動作を時系列的に追跡すること）を挙げることが出来る。
【０００４】
例えば、VerilogXI、PowerMill、HSPICE等、大部分の市販の回路検証ツールがこの手法を用いている。動作シミュレーションの長所は精度が高いことである。しかし、処理時間が長いという短所をもつ。回路の大規模化に伴い、処理時間はさらに長くなることが予想されるため、動作シミュレーションに基づく手法は、将来の技術として受け入れがたい。
【０００５】
動作シミュレーションに代わる手法として、確率シミュレーションに基づく、いくつかの手法がある。一般に、確率シミュレーションに基づく手法の処理時間は、動作シミュレーションに基づく手法の処理時間に比べて、はるかに短い。その点で確率シミュレーションに基づく手法は、大規模回路を対象とする将来の技術として有望視されている。ただし、精度の点で動作シミュレーションに劣る。そのため、処理時間を短く保ったまま、いかにして精度を高めるかということが、確率シミュレーションに基づく手法の中心課題となる。以下、確率シミュレーションに基づく手法として次の２つを説明する。
【０００６】
（１）ＣＲＥＳＴ(CuRent ESTtimator)
（２）ＢＡＭ(Boolean Approximation Method）
ＣＲＥＳＴは、以下の論文で発表された。
【０００７】
F.N.Najm,et.al“Probabilistic Simulation for Reliability Analysis of COMS VLSI Circuits”, IEEE Transactions on Computer-Aided Design, vol.9, no.4, pp.439-450,1990
ＣＲＥＳＴの特徴は、複数のテストベクトルを統計的に合成した確率波形という概念を用いて、確率計算を併用した動作シミュレーションを行う点にある。図６に確率波形の例を示す。ブロック矢印の左側は４つのテストベクトル、右側はこれらのテストベクトルから合成した確率波形である。確率波形の上に書かれた数字のうち、四角形内の数字はその時刻に論理値が０から１へ遷移する確率、その他の数字はその時刻において論理値１をとる確率を示す。ＣＲＥＳＴの処理時間は、動作シミュレーション（ＨＳＰＩＣＥ）の約１０００分の１である。しかし、空間的信号間相関を考慮することが困難なため、精度の点で動作シミュレーションに及ばない。
【０００８】
ＢＡＭは、特開平８−２４９３７２に記載された、空間的信号間相関を考慮することの出来る手法である。空間的信号間相関の代表例として信号の分岐再収斂を挙げる。図７において、信号ＡがＺまで伝わるのに、Ａ→Ｄ→ＺおよびＡ→Ｅ→Ｚの２つの経路がある。このような場合、信号Ｄと信号Ｅはともに同一信号Ａの影響を受けるため、互いに独立な信号ではない。信号Ｄと信号Ｅが独立でないということは、信号Ｚの動作に影響するため、ノイズおよび電力の予測精度に影響を与える。ＢＡＭは、信号間相関の第一次の影響まで考慮することにより、精度の向上を図っている。しかし、ＢＡＭは信号波形を考慮していないため、グリッチ（信号の到達時間差による誤動作）等、信号波形に起因するノイズおよび電力の成分の解析には適していない。
【０００９】
以下まとめると次のようになる。
【００１０】
【表１】

【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前記の如く、動作シミュレーションは、処理時間が長いため将来技術として不適格である。一方、ＣＲＥＳＴやＢＡＭのような確率シミュレーションは、処理時間が短いという長所をもつが、信号波形と信号間相関の一方のみしか考慮していないため、予測精度に難点がある。従って、信号波形と信号間相関の双方を考慮できる技術が必要とされる。
【００１２】
信号波形と信号間相関を同時に考慮することは、回路の微細化に伴ってさらに重要度を増す。その理由の一つとして、信号の全駆動容量に対する配線間容量の占める割合が増大することが挙げられる。配線間容量を介することにより、ある信号の動作は別の信号の動作に影響される。このことは異なる信号間の相関を考慮する必要があることを意味する。また、配線間容量を介した影響の大きさは、互いに影響し合う信号のスイッチング時間差に依存する。このことは、信号波形を考慮する必要があることを意味する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の態様によれば、テクノロジー記述、回路記述、入力波形確率記述、遅延計算部、及び波形確率計算部を備える予測システムにより、論理ゲートを複数段接続して構成される集積回路のノイズ及び電力の評価を行う方法であって、遅延計算部が、テクノロジー記述に記述された論理ゲートのそれぞれの入力端子から出力端子までの信号の遅延を計算するパラメータ、及び回路記述に記述された論理ゲートのそれぞれと論理ゲートを接続するネットの接続情報を用いて、論理ゲート及びネットそれぞれの遅延時間を計算し、波形確率計算部が、入力波形確率記述に記述された集積回路の入力端子のそれぞれに入力される入力信号波形を基本周期で区切った基本波形及び入力信号波形の中で基本波形のそれぞれが出現する割合を規定する波形確率を用いて、入力信号波形を入力端子を起点にして論理ゲートのそれぞれの入力側から出力側へとネットのそれぞれを辿って遅延時間に基いて伝播させて論理ゲートの入力端子のそれぞれに入力される入力側基本波形の組み合わせから論理ゲートの出力側のネットに出力される出力信号波形を基本周期で区切った新たな基本波形を算出し、波形確率計算部が、出力信号波形の中における新たな基本波形の出現割合に、入力側基本波形の組み合わせが生じる組み合わせ確率を加算して新たな波形確率を求めることを含む処理により、集積回路のノイズ及び電力を計算する集積回路のノイズ及び電力の評価方法が提供される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は、信号波形と信号間相関を同時に考慮に入れることの出来る確率計算手法を提供する。本発明により、グリッチや配線間容量を考慮した、高速で高精度なノイズおよび電力予測が可能となる。
【００１７】
（１）実施例１
構成
実施例１では、図２を用いて本発明が提案する波形確率計算に基づく電力予測システムを説明する。本発明の電力予測システムが、従来の電力予測システムと異なる点は、信号波形と信号間相関を同時に考慮した波形確率計算機能を有する点である。
【００１８】
まず、図４を用いて本発明の基本概念である波形確率について説明する。
【００１９】
同期回路内の信号波形は、ある特定の時間間隔（以下、基本周期）で区切ることが出来る。通常、基本周期はクロック周期と同一である。基本周期内の波形パターンを基本波形という。信号波形を基本周期で区切ったものを、基本波形の列とみなすことが出来る。その列の中で、ある特定の基本波形が出現する割合をその基本波形の波形確率という。基本波形Ｗの波形確率をＰ（Ｗ）と記述する。すなわち、
【数１】

例えば、図４において、０から１に立ち上がる基本波形は、１，３，７，９，１３番目の基本周期に出現するため、出現回数は５である。一方、各基本波形の出現回数の総和は、明らかに１３である。そのため、０から１に立ち上がる基本波形の波形確率は５／１３となる。
【００２０】
次に、図２を用いて本発明による電力予測システムを説明する。
【００２１】
本発明の電力予測システムは、テクノロジー記述２０１、回路記述２０２、入力波形確率記述２０３を入力とし、遅延計算部２０４、波形確率計算部２０５、電力計算部２０６とから構成される処理を経て、電力予測結果２０７を出力する。以下、それぞれ詳しく説明する。
【００２２】
テクノロジー記述２０１は、波形確率計算に基づく電力予測に必要な情報を含む。具体的には、例えば以下の情報である。
【００２３】
・セルの入力端子から出力端子までの信号の遅延を計算するためのパラメータ
・配線の単位長さあたりの容量、抵抗
・セルの各端子に割当られた、１回のスイッチング当たりの消費電力
回路記述２０２は、セル（ＭＯＳトランジスタで構成される機能ユニット）とネット（セル同士を結びつける金属配線）の接続情報を含む。
【００２４】
入力波形確率記述２０３は、波形確率計算２０５の起点となる端子（プライマリー・インプット）における基本波形の種類、および前記各基本波形の波形確率に関する情報を含む。プライマリー・インプットとして、回路全体に対する入力信号、およびフリップ・フロップの出力信号をとる。フリップ・フロップの出力信号の基本波形および波形確率は、設計の初期段階（ＲＴレベル等）での、遅延時間を無視した動作シミュレーションで求めることが出来る。
【００２５】
遅延計算部２０４では、回路記述２０２とテクノロジー記述２０１をもとに、各セルの入力から出力までの遅延時間、およびあるセルの出力ピンから別のセルの入力ピンに到る経路のネット上の遅延時間を計算する。
【００２６】
波形確率計算部２０５では、プライマリー・インプットの基本波形および波形確率を、回路内部へ伝播させ、各内部ネット上の信号の基本波形および波形確率を計算する。波形確率計算アルゴリズムについては後述する。
【００２７】
電力計算部２０６では、各内部ネット上の信号の基本波形および波形確率から電力を計算する。ＣＭＯＳ回路では、電力を計算するためには、前記信号の単位時間当たりのスイッチング回数を計算すれば良い。前記信号の単位時間当たりのスイッチング回数を波形確率から計算するには次の式を用いる。
【００２８】
【数２】

ただし、和は前記信号の全ての基本波形に関する和である。
【００２９】
以下、図１を用いて本発明の電力予測システムの基幹部となる波形確率計算部２０５のアルゴリズム（波形確率計算アルゴリズム）を説明する。
【００３０】
波形確率計算アルゴリズムは次の処理群により構成される。
【００３１】
（１）入力基本波形・波形確率をセット
（２）ネット・ソート
（３）ネットの波形確率計算
以下、それぞれの処理群について説明する。
【００３２】
（１）入力基本波形・波形確率をセット
各プライマリー・インプットの全基本波形、波形確率を内部データ構造に記録する。
【００３３】
（２）ネット・ソート
プライマリー・インプットを起点に、各セルの入力側から出力側へとネットを辿ることにより、ネットに番号付けをする。このとき、ネットの番号付けは次の条件を満たすように決める。
【００３４】
「任意のネット上の信号は、そのネットの番号より小さい番号のネット上の信号によって決定される。」
番号の小さいネットから順に処理することにより、プライマリー・インプットから回路の出力側へ順に確率計算を行うことが出来る。
【００３５】
（３）ネットの波形確率計算
ネット・ソートによる番号が（ｉ−１）番目のネットまで処理が終了したと仮定して、第ｉ番目のネットに関する処理を説明する。
【００３６】
まず、第ｉ番目のネットＮを取得する（Ｓ１０９）。次に、ネットＮを出力として持つセルの入力ネット群Ｓを取得する（Ｓ１１１）。さらに、入力ネット群Ｓの基本波形の組み合わせ数をｊとする（Ｓ１１３）。
【００３７】
基本波形の組み合わせ数ｊが１より小でない場合（Ｓ１１５でＮＯの場合）、ｊ番目の基本波形の組み合わせＴを取得し（Ｓ１１９）、ｊ番目の基本波形の組み合わせＴに対するネットＮの基本波形Ｕを計算する（Ｓ１２１）。
【００３８】
基本波形Ｕが登録されているか否かを検索し（Ｓ１２３）、登録されていない場合（Ｓ１２５でＮＯの場合）、基本波形Ｕを登録し（Ｓ１２７）、基本波形Ｕの波形確率Ｐ（Ｕ）を０とする（Ｓ１２９）。
【００３９】
ステップＳ１２９の後、又はステップＳ１２５でＹＥＳの場合、組み合わせＴの起こる確率Ｑを計算し（Ｓ１３１）、この確率Ｑに確率Ｐ（Ｕ）を加算したものを新たな確率Ｐ（Ｕ）とする（Ｓ１３３）。
【００４０】
ｊから１を減算して新たなｊとし（Ｓ１３５）、ステップＳ１１５へ戻る。新たなｊが１より小でない場合（Ｓ１１５でＮＯの場合）、ステップＳ１１９からステップＳ１３５の各ステップを繰り返す。新たなｊが１より小である場合（Ｓ１１５でＹＥＳの場合）、ｉに１を加算して新たなｉとする（ステップＳ１１７）。ｉがネット数より大でない場合（Ｓ１０７でＮＯの場合）、ステップＳ１０９からステップＳ１１５の各ステップを繰り返す。新たなｉがネット数より大である場合（Ｓ１０７でＹＥＳの場合）、終了する（ステップＳ１３７）。
【００４１】
ｉ番目のネットを出力とするセルの入力信号の番号は、（ｉ−１）以下である。プライマリ・インプットを入力とするセルの出力を求め、次にその出力を入力とするセルの出力をもとめ、さらに次のセルの出力を求めるという方法を採っているから、ｉ番目のネットを出力とするセルの入力信号である（ｉ−１）番以下のネットの基本波形および波形確率は既知である。
【００４２】
出力信号（ｉ番目のネット）の全基本波形の波形確率を計算するためには、以下のステップを実行する。
【００４３】
１．入力信号の基本波形の各組み合わせに対し、２．から６．を実行する。
【００４４】
２．入力信号の基本波形の組み合わせに対し、出力信号に現れる基本波形Ｕを計算する（図１のステップＳ１２１）。
【００４５】
３．前記出力信号の基本波形が内部データ構造に登録されているか検査する（ステップＳ１２３）。登録されていれば５．へ進む。
【００４６】
４．前記出力信号の基本波形Ｕを内部データ構造へ登録する（ステップＳ１２７）。前記基本波形の波形確率Ｐ（Ｕ）を０とする（ステップＳ１２９）。
【００４７】
５．前記入力信号の基本波形の組み合わせが生じる確率Ｑを計算する（ステップＳ１３１）。
【００４８】
６．Ｐ（Ｕ）にＱを加算する（ステップＳ１３３）。
【００４９】
上記手続きの主要部分は、ステップ２（図１のステップＳ１２１）とステップ５（図１のステップＳ１３１）である。
【００５０】
図５は本発明による波形確率計算の例の説明図である。以下、図５を用いて２入力セルに対する例を説明する。なお、多入力セルに対する拡張は容易に可能である。
【００５１】
２入力セルの２つの入力端子をＡ，Ｂ、出力端子をＺとする。ステップ２（図１のステップＳ１２１）で、Ａ，Ｂの基本波形の組み合わせに対し、Ｚに出現する基本波形を求める。このときに、セルの遅延時間を考慮に入れる必要がある。図５は、ＡからＺへの遅延時間が基本周期の１／５、ＢからＺへの遅延時間が基本周期の２／５であり、前記２入力セル５０１がＡＮＤゲートである場合の例を示す。
【００５２】
ステップ５（図１のステップＳ１３１）で求めたＡ，Ｂの基本波形の組み合わせが生じる確率を、Ｚに現れる基本波形の波形確率に加算する（図１のステップＳ１３３）。Ａ，Ｂの基本波形の組み合わせが生じる確率の計算方法を示す。Ａ，Ｂの基本波形をそれぞれＷＡ，ＷＢとし、この組み合わせが生じる確率Ｐ（ＷＡ∧ＷＢ）とする。Ａ，Ｂの間に信号間相関が無い場合、
【数３】
Ｐ（ＷＡ∧ＷＢ）＝Ｐ（ＷＡ）Ｐ（ＷＢ）
が成り立つ。
【００５３】
Ａ，Ｂの間に信号間相関がある場合には、特開平８−２４９３７２に記載の方法を用いて得られる次の式４、式（５−１）を用いる。
【００５４】
【数４】

【数５】

ただし、ｗ_ｉ ^αはｉ番目のプライマリー・インプットのα番目の基本波形を表す。また、ｎはプライマリー・インプットの個数を、ｍ_ｉはｉ番目のプライマリー・インプットの基本波形の個数を表す。Ｐ（Ｗ_Ａ｜ｗ_ｉ ^α）は、条件付き確率を表し、ｉ番目のプライマリー・インプットがα番目の基本波形にあるという条件のもとで、Ａの基本波形Ｗ_Ａが出現する確率である。
【００５５】
式４は、以下の様にして導くことができる。信号間相関がある場合、式３の左辺は式（５−２）であり、式３の右辺は式（５−３）であるから、式（５−４）より、式４が得られる。
【００５６】
式４，式（５−１）は、プライマリー・インプット同士の間に信号間相関が無いと仮定して導かれた。プライマリー・インプット間に相関がある場合への拡張は容易である。相関のあるプライマリー・インプット群をグループ化し、上記ｗ_ｉ ^αを前記グループの基本波形の組み合わせとみなせばよい。
【００５７】
式４，式（５−１）を用いて信号間相関を考慮に入れたという点が本発明の最も重要な特徴である。
【００５８】
式４，式（５−１）を適用するにあたり、各信号の条件付確率Ｐ（Ｗ_Ａ｜ｗ_ｉ ^α）を計算しなければならない。しかし、プライマリー・インプットまで遡る必要は無く、式（５−１）を用いて前段のセルの入力波形確率から計算することができる。
【００５９】
本発明と従来技術との違いを説明する。本発明は、確率シミュレータの一種であるため、明らかに従来技術の動作シミュレーションとは異なる。また、本発明は、式４，式（５−１）を用いて信号間相関を考慮しているという点において、従来技術ＣＲＥＳＴとは異なる。さらに、本発明は、信号波形を考慮しているという点において、従来技術ＢＡＭとは異なる。
【００６０】
作用（機能）
プライマリー・インプットの基本波形および波形確率をもとに、回路の全信号に対する基本波形および波形確率を、信号間相関を考慮して計算することが出来る。また、セルおよびネットの遅延時間による波形の変形を考慮することが出来るため、グリッチによる消費電力を考慮することが出来る。
【００６１】
効果
本発明の実施例１により、高速で高精度な電力予測が可能となり、設計期間短縮やＬＳＩのパッケージの早期選択に効果がある。
【００６２】
（２）実施例２
本実施例の構成は以下の通りである。実施例２では、実施例１で説明した電力予測方法を用いて、配線間容量を考慮に入れた電力予測が可能となることを説明する。互いに配線間容量のあるネットの集合の消費するエネルギーΔＥは次の式によって計算できる。
【００６３】
【数６】

ただし、ｃ_ｉｊは、ｉ番目のネットとｊ番目のネット間の容量係数であり、対地容量Ｃ_ｉ、配線間容量Ｃ_ｉｊとは次の関係がある。
【００６４】
【数７】

ΔＶ_ｉは、ｉ番目のネットの電位変化である。
【００６５】
式６によると、ｉ番目のネットが単独でスイッチする場合（ΔＶ_ｉ≠０，ΔＶ_ｊ＝０（ｊ≠ｉ））と、複数のネットが同時にスイッチングする場合、例えばｉ番目のネットとｊ番目のネットが同時にスイッチングする場合（ΔＶ_ｉ≠０，ΔＶ_ｊ≠０）とでは、消費エネルギーが異なる。
【００６６】
実施例１の方法を用いることにより、同時スイッチングの起こる場合の電力を計算できる。例えば、ｉ番目のネットの基本波形Ｗ_ｉと、ｊ番目のネットの基本波形Ｗ_ｊとが同時にスイッチングする部分を含むとすると、その時のエネルギーを式６で、また、同時スイッチングが起こる確率を式（５−１）で計算することが出来る。エネルギーを確率で重み付けして和をとれば、配線間容量を考慮した平均消費エネルギーを計算することが出来る。
【００６７】
配線間容量のある２つのネットが同時にスイッチングしないが、スイッチングのタイミングが近く、互いの相互作用を無視出来ない場合は、同時スイッチング時の消費エネルギーと、独立にスイッチングする場合（スイッチングのタイミングが離れている場合）の消費エネルギーとを補間することによって、消費エネルギーを見積もることが出来る。
【００６８】
作用（機能）
配線間容量を考慮した電力予測をおこなうことが出来る。
【００６９】
効果
ＬＳＩの微細化に伴って増大する配線間容量の影響を考慮に入れることにより、高精度な電力予測が可能となる。
【００７０】
（３）実施例３
構成
実施例３では、図３を用いて本発明が提案する波形確率計算に基づく電源ノイズ（ＬＳＩ内部から電源線を介して外部に漏れ出すノイズ）予測システムを説明する。本発明の電源ノイズ予測システムが、従来の電源ノイズ予測システム異なる点は、信号波形と信号間相関を同時に考慮した波形確率計算機能を有する点である。
【００７１】
本発明の電源ノイズ予測システムは、電源配線記述３０１、テクノロジー記述３０２、回路記述３０３、入力波形確率記述３０４を入力とし、遅延計算部３０５、波形確率計算部３０６、ノイズ源電流計算部３０８、伝達関数計算部３０７、ノイズ計算部３０９とから構成される処理を経て、ノイズ予測結果３１０を出力する。以下、それぞれを詳しく説明する。
【００７２】
電源配線記述３０１は、電源線の幾何学的情報と、セルおよび電源線同士の接続情報を含む。よく使われる回路記述法には、電源線記述と回路記述を混在させる場合が多いが、処理の流れを明確化するために、ここでは敢えて分けた。
【００７３】
テクノロジー記述３０２は、波形確率計算に基づく電力予測に必要な情報を含む。具体的には、例えば以下の情報である。
【００７４】
・セルの入力端子から出力端子までの信号の遅延を計算するためのパラメータ
・セルの入出力端子がスイッチングしたときのセルの電源線に流れる電流
・電源配線、セル間配線の単位長さあたりの容量、抵抗、インダクタンス
回路記述３０３は、セルとネットの接続情報を含む。
【００７５】
入力波形確率記述３０４は、波形確率計算の起点となる信号（プライマリー・インプット）における基本波形の種類、および前記各基本波形の波形確率に関する情報を含む。プライマリー・インプットとして、回路全体に対する入力信号、およびフリップ・フロップの出力信号をとる。フリップ・フロップの出力信号の基本波形および波形確率は、設計の初期段階（ＲＴレベル等）での、遅延時間を無視した動作シミュレーションで求めることが出来る。
【００７６】
遅延計算部３０５では、回路記述とテクノロジー記述をもとに、各セルの入力から出力までの遅延時間、およびあるセルの出力ピンから別のセルの入力ピンに至る経路のネット上の遅延時間を計算する。
【００７７】
波形確率計算部３０６では、プライマリー・インプットの基本波形および波形確率を、回路内部へ伝播させ、各内部ネット上の信号の基本波形および波形確率を計算する。実施例１の波形確率計算アルゴリズムを用いる。
【００７８】
ノイズ源電流計算部３０８では、各セルの電源ピンに流れる電流とその出現確率を計算する。具体的には、以下のようにする。各セルにおいて、入出力信号の基本波形の各組み合わせに対し、テクノロジー記述の情報から、前記組み合わせが生じた場合に前記セルの電源ピンに流れる電流波形（以下、基本電流波形）を計算する。前記基本電流波形の出現確率（以下、電流波形確率）は、前記組み合わせの出現確率に等しい。この出現確率は、波形計算アルゴリズムと同様にして、式４を繰り返し適用することによって得られる。入出力信号の基本波形の異なる組み合わせが、同一の基本電流波形をもたらす場合には、前記組み合わせの出現確率の和をとる。以上の手続きを実行することにより、各セルの基本電流波形および電流波形確率を求めることが出来る。
【００７９】
伝達関数計算部３０７では、ノイズ源となるセルの電源ピンから、ノイズの受け手となる電源パッドにいたる伝達関数を、ＡＷＥ等の近似手法を用いて計算する。
【００８０】
ノイズ計算部３０９では、ノイズ源（セル）の基本電流波形および電流波形確率と、伝達関数から、電源パッドにおけるノイズ強度の周波数分布を計算する。具体的には以下のようにする。
【００８１】
電源パッドにおけるノイズ強度の２乗平均値〈｜Ｉ_ＯＵＴ（ω）｜^２〉は、次の式によって表すことが出来る。
【００８２】
【数８】

【数９】

【数１０】

ただし、＊は複素共役を表し、ωは角周波数、Ｔは基本周期、Ｎはノイズを測定する時間を基本周期で割ったもの、ｉ，ｊはノイズ源の番号、α，βはそれぞれｉ番目，ｊ番目のノイズ源における基本電流波形の番号、Ｉ_ｉ ^α，Ｉ_ｊ ^βはそれぞれｉ番目，ｊ番目のノイズ源におけるα番目、β番目の基本電流波形、Ｇ_ｉはｉ番目のノイズ源から電源パッドまでの伝達関数、Ｐ（（ｍ，Ｉ_ｉ ^α）∧（ｎ，Ｉ_ｊ ^β））は、サイクルｍでｉ番目のノイズ源に基本電流波形Ｉ_ｉ ^αが現れ、サイクルｎでｊ番目のノイズ源に基本電流波形Ｉ_ｊ ^βが現れる確率である。また、＾はFourier変換を表し、次の式によって定義される。
【００８３】
【数１１】

Ｐ（（ｍ，Ｉ_ｉ ^α）∧（ｎ，Ｉ_ｊ ^β））を正確に求めるには、波形確率の時間的相関（異なるサイクル間の相関）および空間的相関（異なるノイズ源間の相関）を考慮して計算する必要がある。しかし、その処理に要する時間は、
【数１２】
（ノイズ源の個数）^２×（基本電流波形の個数）^２×（サイクル数Ｎ）^２
に比例するため、非常に長くなると予想される。そこで近似手法を用いる必要がある。以下、近似手法の一例を示す。
【００８４】
（１）ｉ≠ｊの場合
（１．１）ｍ≠ｎの場合
時間的相関、空間的相関を無視する。すなわち、
【数１３】

（１．２）ｍ＝ｎの場合
同時刻の場合であるため、空間的相関のみ考慮すればよい。式４と同様に計算する。
【００８５】
（２）ｉ＝ｊの場合
ノイズ源が同一であるため、空間的相関の問題は起こらない。時間的相関だけを考慮すれば良い。時間的相関を考慮するため、波形遷移確率という概念を導入する。ある信号において、サイクル０に基本波形Ｗ^αが出現した場合、次のサイクル１に基本波形Ｗ^βが出現する確率をＷ^αからＷ^βへの波形遷移確率と呼び、Ｐ（Ｗ^α→Ｗ^β）と記述する。波形遷移確率は条件付確率に他ならない。すなわち、次の等式が成り立つ。
【００８６】
【数１４】

各信号の波形遷移確率は、式４と同様の式を用いることによって計算することが出来る。セルの電源ピンにおける基本電流波形の遷移確率（以下、電流波形遷移確率）は、電流波形確率と同様にして、入出力信号の波形遷移確率から計算することが出来る。電流波形遷移確率と電流波形確率がわかれば、マルコフ性仮定することにより、Ｐ（（ｍ，Ｉ_ｉ ^α）∧（ｎ，Ｉ_ｊ ^β））を計算することが出来る。
【００８７】
作用（機能）
回路内の各セル（ノイズ源）から電源配線を介して電源パッドに出現する電源ノイズの平均強度を、波形確率計算によって予測することが出来る。
【００８８】
効果
高速で高精度な電源ノイズ予測が出来るため、早期にノイズ対策を行うことが出来、設計期間短縮に貢献する。
【００８９】
（４）実施例４
構成
波形確率計算において、ある信号の基本波形の数が非常に多くなり、処理時間が長くなることがある。それを避けるために、次の処理のいずれか、または全てを行う。
【００９０】
（１）基本周期をいくつかのブロックに分割し、各ブロックの境界における信号変化のパターン（０→０，０→１，１→０，１→１）が同一の基本波形をひとつの基本波形にまとめあげる。
（２）他に比べて波形確率の小さな基本波形を無視する。
【００９１】
作用（機能）
波形確率計算を効率的に行うことが出来る。
【００９２】
効果
処理時間短縮に寄与するため、設計期間短縮に貢献する。
【００９３】
【発明の効果】
前記の如く、本発明は、プライマリー・インプットの基本波形および波形確率をもとに、回路の全信号に対する基本波形および波形確率を、信号間相関を考慮して計算することができ、また、セルおよびネットの遅延時間による波形の変形を考慮することができるため、グリッチによる消費電力を考慮することができる。
【００９４】
このため、高速で高精度な電力予測が可能となり、設計期間短縮やＬＳＩのパッケージの早期選択が可能となる。
【００９５】
また、本発明は、配線間容量を考慮した電力予測をおこなうことができるため、ＬＳＩの微細化に伴って増大する配線間容量の影響を考慮に入れて、より高精度な電力予測が可能となる。
【００９６】
また、本発明は、回路内の各セル（ノイズ源）から電源配線を介して電源パッドに出現する電源ノイズの平均強度を、波形確率計算によって予測することができるため、高速で高精度な電源ノイズ予測ができ、早期にノイズ対策を行うことを可能とし、設計期間短縮に貢献する。
【００９７】
さらに、本発明は、基本波形をまとめあげることや、小さな基本波形を無視することにより、波形確率計算を効率的に行うことができ、処理時間短縮を可能とし、より一層設計期間短縮に貢献する。
【００９８】
本発明は、ＣＲＥＳＴでは認識できない違いを認識できる。例えば、時刻１、時刻２に遷移確率をもつＣＲＥＳＴの確率波形だけ与えられても、それが次のうちどちらかということを判断することは出来ない場合がある。
【００９９】
（１）時刻１、時刻２で遷移する波形と、一定値の波形の統計的平均
（２）時刻１で遷移する波形と、時刻２で遷移する波形の統計的平均
一方本発明では、波形そのものを確率的なイベントとして見ているため、（１）と（２）を区別することができる。もし、次段のゲートがインバーターで、立ち上がり遅延時間と立ち下がり遅延時間が異なる場合、（１）の波形は遷移部分が消失する可能性がある。つまり、立ち上がりの前に立ち下がりがくると、波形が変化する暇がなく、一定値の波形になる。一方（２）の場合は遷移部分が消失することはない。遷移部分のある無しは、電力・ノイズの予測精度に影響する。以上から（１）と（２）を区別することの出来る本発明は、区別することの出来ないＣＲＥＳＴに比べ、予測精度が高い。
【０１００】
また、従来のＢＡＭでは、確率として信号確率、スイッチング確率のみを対象としていた。本発明では、波形の確率（ＣＲＥＳＴの確率波形とは異なる）という概念を持ち込み、それに対しても従来のＢＡＭと同様の式で信号間相関を考慮した確率計算ができる。本発明は、確率計算の対象が違うという点で従来のＢＡＭとは異なる。そして、上記確率計算の対象を変えたという小さな違いにも関わらず、遅延を考慮に入れることが出来るようになるため、確率計算の精度が飛躍的に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による波形確率計算アルゴリズムを説明するためのフローチャートである。
【図２】本発明の実施例１のシステムを説明するための図である。
【図３】本発明の実施例３のシステムを説明するための図である。
【図４】本発明の基本概念である波形確率を説明するための図である。
【図５】本発明による波形確率計算の例を説明するための図である。
【図６】従来技術（ＣＲＥＳＴ）の基本概念である確率波形を説明するための図である。
【図７】分岐再収斂による信号間相関を説明するための図である。
【符号の説明】
２０１テクノロジー記述
２０２回路記述
２０３入力波形確率記述
２０４遅延計算部
２０５波形確率計算部
２０６電力計算部
２０７電力予測結果

Claims

テクノロジー記述、回路記述、入力波形確率記述、遅延計算部、及び波形確率計算部を備える予測システムにより、論理ゲートを複数段接続して構成される集積回路のノイズ及び電力の評価を行う方法であって、
前記遅延計算部が、前記テクノロジー記述に記述された前記論理ゲートのそれぞれの入力端子から出力端子までの信号の遅延を計算するパラメータ、及び前記回路記述に記述された前記論理ゲートのそれぞれと前記論理ゲートを接続するネットの接続情報を用いて、前記論理ゲート及びネットそれぞれの遅延時間を計算し、
前記波形確率計算部が、前記入力波形確率記述に記述された前記集積回路の入力端子のそれぞれに入力される入力信号波形を基本周期で区切った基本波形及び前記入力信号波形の中で前記基本波形のそれぞれが出現する割合を規定する波形確率を用いて、前記入力信号波形を前記入力端子を起点にして前記論理ゲートのそれぞれの入力側から出力側へと前記ネットのそれぞれを辿って前記遅延時間に基いて伝播させて前記論理ゲートの入力端子のそれぞれに入力される入力側基本波形の組み合わせから前記論理ゲートの出力側のネットに出力される出力信号波形を前記基本周期で区切った新たな基本波形を算出し、
前記波形確率計算部が、前記出力信号波形の中における前記新たな基本波形の出現割合に、前記入力側基本波形の組み合わせが生じる組み合わせ確率を加算して新たな波形確率を求める
ことを含む処理により、前記集積回路のノイズ及び電力を計算することを特徴とする集積回路のノイズ及び電力の評価方法。
前記論理ゲートの中の任意の論理ゲートの一の入力端子の基本波形をＷＡ、他の入力端子の基本波形をＷＢとした場合に、前記基本波形ＷＡ及びＷＢの組み合わせ確率をＰ（ＷＡ∧ＷＢ）、前記基本波形ＷＡ及びＷＢの波形確率をそれぞれＰ（ＷＡ）及びＰ（ＷＢ）、前記集積回路のｉ（ｉ＝１〜ｎ）番目の入力端子のα番目及びβ番目の基本波形（但し、α＜β）をそれぞれｗ _ｉ ^α 及びｗ _ｉ ^β 、前記集積回路の入力端子のα番目及びβ番目の基本波形の波形確率をそれぞれＰ（ｗ _ｉ ^α ）及びＰ（ｗ _ｉ ^β ）、前記集積回路のｉ番目の入力端子がα番目及びβ番目の基本波形にあるという条件のもとで基本波形ＷＡ及びＷＢが出現する条件付き確率をそれぞれＰ（ＷＡ｜ｗ _ｉ ^α ）及びＰ（ＷＢ｜ｗ _ｉ ^β ）として、

と表されることを特徴とする集積回路のノイズ及び電力の評価方法。