JP4621424B2 - Programmable logic circuit and wiring structure of programmable logic circuit - Google Patents

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本発明は、ユーザがプログラムを変更することによって多様な機能の論理回路素子を実現することができるプログラマブル論理回路およびプログラマブル論理回路の配線構造に関する。   The present invention relates to a programmable logic circuit and a wiring structure of a programmable logic circuit that can realize logic circuit elements having various functions by changing a program by a user.

プログラマブルロジックデバイス(PLD)や、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)などのプログラマブル論理回路は、ユーザがプログラムによって多様な機能を実現できるため、近年、急速に普及している。プログラマブル論理回路は一般に、接続の変更が可能な複数のスイッチブロックを有する相互接続回線網、及び相互接続回線網を介して接続することが可能な複数の論理ブロックから構成される。   In recent years, programmable logic circuits such as a programmable logic device (PLD) and a field programmable gate array (FPGA) have been rapidly spread because a user can realize various functions by a program. A programmable logic circuit is generally composed of an interconnection network having a plurality of switch blocks that can be changed in connection and a plurality of logic blocks that can be connected via the interconnection network.

相互接続回路網については、フリーマンによるFPGA相互接続回路網の技術が提案されている(特許文献1)。この技術は、要約すると、短い配線セグメントと柔軟性のあるスイッチからなる接続部とを用いてFPGA相互接続回路網を構築する、というものである。   Regarding the interconnection network, Freeman's FPGA interconnection network technology has been proposed (Patent Document 1). In summary, this technique builds an FPGA interconnect network using short wiring segments and flexible switch connections.

また、カーターは、フリーマンの相互接続回路網に加えて、隣接する論理ブロック間の直接接続経路を付加することで、その隣接する論理ブロック間のスイッチブロックを排除するという技術を提案している(特許文献2)。これにより、隣接する論理ブロックの遅延は、幾分かは減少することができる。   Carter has also proposed a technique for eliminating switch blocks between adjacent logical blocks by adding a direct connection path between adjacent logical blocks in addition to Freeman's interconnection network ( Patent Document 2). This can reduce the delay of adjacent logical blocks somewhat.

また、レオンらは、隣接する4方向の論理ブロック間に直接経路を設け、それらと広域の相互接続回路網を接続するスイッチブロックを用いるという技術を提案している(特許文献3)。   Leon et al. Have proposed a technique in which a direct path is provided between adjacent four-way logic blocks, and a switch block is used to connect them to a wide-area interconnection network (Patent Document 3).

他方、グリーンらは、上記のフリーマンによる提案およびカーターによる提案に加えて、隣り合う基本セル同士の間を結ぶシングルズよりも長い、2つ以上の論理ブロックを跨いで配線を行う、ダブルズ、クワッズ等の長い水平方向の配線セグメントおよび垂直方向の配線セグメントを有する相互接続回路網を提案している(特許文献4)。これにより、長い経路を持つ配線を少ないスイッチブロック数で接続することができ、延いては信号系路上の遅延を減少することができるとしている。これらの提案に基づいたプログラマブル論理回路は、米国ザイリンクス社からFPGA XC4000シリーズなどとして製品化されている。   On the other hand, Green et al., In addition to the proposals by Freeman and Carter, perform wiring across two or more logical blocks that are longer than singles connecting adjacent basic cells, such as doubles, quads, etc. An interconnection network having a long horizontal wiring segment and a vertical wiring segment is proposed (Patent Document 4). As a result, wiring having a long path can be connected with a small number of switch blocks, and the delay on the signal system path can be reduced. Programmable logic circuits based on these proposals have been commercialized as Xilinx FPGA XC4000 series by Xilinx, USA.

また、レディらは、相互接続回路網を階層化することによって任意の2つの論理ブロック間の信号経路の遅延を減少させるという技術を提案している(特許文献5)。これは、要約すると、論理ブロックのグループ内の相互接続回線網とグループ間の相互接続回路網とを複数段組み合わせることで、グループ間を跨ぐ論理ブロック間に介在するスイッチブロック数を削減するというものである。この提案に基づいたプログラマブル論理回路は、米国アルテラ社のCPLD FLEXシリーズなどとして製品化されている。
米国再発行特許第34363号 米国特許4642487号 米国特許5537057号 米国特許5077729号 米国特許5883526号
Lady et al. Have proposed a technique for reducing the delay of a signal path between any two logical blocks by hierarchizing an interconnection network (Patent Document 5). In summary, the number of switch blocks intervening between logical blocks across groups can be reduced by combining multiple stages of interconnection network within a group of logical blocks and interconnection network between groups. It is. Programmable logic circuits based on this proposal have been commercialized as the CPLD FLEX series of Altera Corp., USA.
US Reissue Patent No. 34363 U.S. Pat. No. 4,642,487 US Pat. No. 5,537,057 US Pat. No. 5,077,729 US Pat. No. 5,883,526

しかしながら、上記のような従来から提案されている技術(発明)では、水平方向または垂直方向で、必ずスイッチブロック(接続関係を選択的に切り替えるためのスイッチ)を介して接続されるため、同一配線トラック上には存在していない2つの基本セル間(あるいはスイッチブロック間)の接続は、少なくとも1つのスイッチブロックを介さなければ接続することができない。また、配線種も限られていることから、同じ方向であっても複数の配線種を組み合わせる必要がある。これらに起因して、信号経路におけるスイッチ数が多くなる。   However, in the conventionally proposed technique (invention) as described above, since the connection is always made via a switch block (a switch for selectively switching the connection relationship) in the horizontal direction or the vertical direction, the same wiring is used. The connection between two basic cells (or between switch blocks) that do not exist on the track cannot be connected without passing through at least one switch block. In addition, since the wiring types are limited, it is necessary to combine a plurality of wiring types even in the same direction. As a result, the number of switches in the signal path increases.

他方、水平方向(行方向)または垂直方向(列方向)の端部まで配線長を延長してなるロングラインを用いるという技術が提案されている。このロングラインは、シングルズ、ダブルズ、クワッズ等の配線トラックとは異なり、同一方向(行方向のみ、または列方向のみ)に限り、スイッチブロックを介さないで接続可能である。ところが、この配線を用いた場合、端部に使用できない配線トラックが生じるという致命的な問題点があった。   On the other hand, a technique of using a long line in which the wiring length is extended to the end in the horizontal direction (row direction) or the vertical direction (column direction) has been proposed. Unlike the wiring tracks such as singles, doubles, and quads, this long line can be connected in the same direction (only in the row direction or only in the column direction) without using a switch block. However, when this wiring is used, there is a fatal problem that an unusable wiring track is generated at the end.

上記のように、従来提案されている接続変更可能な相互接続回路網を有するプログラマブル論理回路では、スイッチブロックの数が信号経路における遅延を左右するため、その数を減少させる試みがなされているが、未だ充分な効果を達成できる技術は提案されていなかった。また、従来の規則的な配線構造を持つプログラマブル論理回路は、チップ面積の80乃至90%が配線領区になり、配線使用率が低いという問題があつた。   As described above, in the conventionally proposed programmable logic circuit having a connection-changeable interconnection network, since the number of switch blocks affects the delay in the signal path, attempts have been made to reduce the number. However, no technology that can achieve a sufficient effect has been proposed yet. In addition, the conventional programmable logic circuit having a regular wiring structure has a problem that 80 to 90% of the chip area is a wiring area, and the wiring usage rate is low.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、相互接続回路網の信号経路で使用するスイッチブロック数を削減して、信号伝送や演算の遅延を減少させることができ、また配線使用率を向上してチップ面積の縮小化を達成することのできるプログラマブル論理回路およびプログラマブル論理回路の配線構造を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and its object is to reduce the number of switch blocks used in the signal path of the interconnection network, thereby reducing signal transmission and computation delays. It is an object of the present invention to provide a programmable logic circuit and a programmable logic circuit wiring structure capable of improving the wiring utilization rate and reducing the chip area.

本発明の第1のプログラマブル論理回路は、論理演算を行なう論理ブロックを有する複数の基本セルが行列状に配列され、前記基本セルどうしの間を接続する配線トラックを有しており、前記複数の基本セルの全部または一部が、自身以外の基本セルとの接続関係を与えられた接続情報に応じて決定するスイッチブロックを有するプログラマブル論理回路において、前記配線トラックが、前記行列状に配列された複数の基本セル間を結ぶネットワークとしてスモールワールドネットワークを構成するように配線してなるものである。   In the first programmable logic circuit of the present invention, a plurality of basic cells having logic blocks for performing a logical operation are arranged in a matrix, and have a wiring track connecting the basic cells. In a programmable logic circuit having a switch block in which all or a part of basic cells determine a connection relationship with a basic cell other than itself according to connection information, the wiring tracks are arranged in the matrix form Wiring is performed to form a small world network as a network connecting a plurality of basic cells.

また、本発明の第1のプログラマブル論理回路の配線構造は、論理演算を行なう論理ブロックを有する複数の基本セルが行列状に配列され、前記基本セルどうしの間を接続する配線トラックを有しており、前記複数の基本セルの全部または一部が、自身以外の基本セルとの接続関係を与えられた接続情報に応じて決定するスイッチブロックを有するプログラマブル論理回路の配線構造において、前記配線トラックを、前記行列状に配列された複数の基本セル間を結ぶネットワークとしてスモールワールドネットワークを構成するように配線する、というものである。   The wiring structure of the first programmable logic circuit according to the present invention includes a plurality of basic cells having logic blocks for performing a logical operation arranged in a matrix, and has a wiring track connecting the basic cells. In the wiring structure of a programmable logic circuit having a switch block in which all or a part of the plurality of basic cells determine a connection relationship with a basic cell other than itself according to connection information, the wiring track is The wiring is made so as to form a small world network as a network connecting a plurality of basic cells arranged in a matrix.

すなわち、本発明の第1のプログラマブル論理回路またはその配線構造では、配線トラックが、行列状に配列された複数の基本セル間を結ぶネットワークとしてスモールワールドネットワークを構成するように配線されているので、少ない個数のスイッチブロックを経由するだけで、任意の2つの基本セル間を接続することができる。   That is, in the first programmable logic circuit of the present invention or the wiring structure thereof, the wiring tracks are wired so as to form a small world network as a network connecting a plurality of basic cells arranged in a matrix. Any two basic cells can be connected by passing through a small number of switch blocks.

本発明の第2のプログラマブル論理回路は、論理演算を行なう論理ブロックを有する複数の基本セルが行列状に配列され、前記各基本セルの一つ一つが、自身以外の基本セルに対して規則的な接続関係で接続された配線トラックを有しており、自身以外の基本セルとの接続関係を与えられた接続情報に応じて決定するスイッチブロックを備えた基本セルを有するプログラマブル論理回路において、前記規則的に接続された配線トラックからなるネットワークの一部を、所定の確率でランダムに選択された基本セル同士を直結する配線に置換してなるショートカット配線トラックを備えている。   In the second programmable logic circuit of the present invention, a plurality of basic cells having logic blocks for performing logical operations are arranged in a matrix, and each of the basic cells is regularly arranged with respect to the basic cells other than itself. In a programmable logic circuit having a basic cell having a switch block that has a wiring track connected in a simple connection relationship and has a switch block that determines a connection relationship with a basic cell other than itself according to connection information. A shortcut wiring track is provided in which a part of a network composed of regularly connected wiring tracks is replaced with a wiring that directly connects basic cells randomly selected with a predetermined probability.

また、本発明の第2のプログラマブル論理回路の配線構造は、論理演算を行なう論理ブロックを有する複数の基本セルが行列状に配列され、前記基本セルどうしの間を接続する配線トラックを有しており、自身以外の基本セルとの接続関係を与えられた接続情報に応じて決定するスイッチブロックを備えた基本セルを有するプログラマブル論理回路の配線構造において、前記配線トラックを、前記行列状に配列された複数の基本セル間を結ぶネットワークとしてスモールワールドネットワークを構成するように配線する、というものである。   The wiring structure of the second programmable logic circuit according to the present invention includes a plurality of basic cells each having a logic block for performing a logical operation arranged in a matrix, and has a wiring track for connecting the basic cells. In a wiring structure of a programmable logic circuit having a basic cell having a switch block that determines a connection relationship with a basic cell other than itself according to given connection information, the wiring tracks are arranged in the matrix form. In addition, wiring is performed so as to form a small world network as a network connecting a plurality of basic cells.

すなわち、本発明の第2のプログラマブル論理回路またはその配線構造では、規則的に接続された配線トラックからなるネットワークの一部を所定の確率でランダムに選択された基本セル同士を直結する配線に置換してなるショートカット配線トラックを備えているので、そのショートカット配線トラックを経由した接続を行うことにより、少ない個数のスイッチブロックを経由するだけで、任意の2つの基本セル間を接続することができる。   That is, in the second programmable logic circuit or the wiring structure thereof according to the present invention, a part of the network composed of regularly connected wiring tracks is replaced with wiring that directly connects basic cells randomly selected with a predetermined probability. Since the shortcut wiring track is provided, any two basic cells can be connected to each other through a small number of switch blocks by connecting via the shortcut wiring track.

なお、本発明の第2のプログラマブル論理回路またはその配線構造は、さらに詳細には、前記スイッチブロックを備えた基本セルの個数をM個、前記基本セルの1つ当りに前記規則的な接続関係のために設けられた配線トラックの本数をN本、前記所定の確率をpとすると、前記M個の基本セルのうちからランダムに2個を選択し、前記選択された2個の基本セルどうしの間の最短マンハッタン経路に沿って前記ショートカット配線トラックを設けることを、p×N回に亘って行って、前記ショートカット配線トラックを備えたネットワークを構築するようにすることで、上記のようなスモールワールドネットワークを構成することが可能となる。   The second programmable logic circuit or its wiring structure according to the present invention is more specifically described in detail. The number of basic cells provided with the switch block is M, and the regular connection relation per basic cell. If the number of wiring tracks provided for N is N and the predetermined probability is p, two of the M basic cells are selected at random, and the two selected basic cells are connected to each other. By providing the shortcut wiring track along the shortest Manhattan route between the two times p × N times to construct a network including the shortcut wiring track, A world network can be configured.

本発明のプログラマブル論理回路またはプログラマブル論理回路の配線構造によれば、第1に、配線トラックを、行列状に配列された複数の基本セル間を結ぶネットワークとしてスモールワールドネットワークを構成するように配線したことにより、少ない個数のスイッチブロックを経由するだけで、任意の2つの基本セル間を接続することができ、延いては信号伝送や演算の遅延を減少させることができる。また第2に、規則的に接続された配線トラックからなるネットワークの一部を所定の確率でランダムに選択された基本セル同士を直結する配線に置換してなるショートカット配線トラックを備えるようにしたので、そのショートカット配線トラックを経由した接続を行うことにより、少ない個数のスイッチブロックを経由するだけで、任意の2つの基本セル間を接続することができ、延いては信号伝送や演算の遅延を減少させることができる。   According to the programmable logic circuit of the present invention or the wiring structure of the programmable logic circuit, first, wiring tracks are wired so as to form a small world network as a network connecting a plurality of basic cells arranged in a matrix. Thus, it is possible to connect any two basic cells with only a small number of switch blocks, thereby reducing signal transmission and computation delay. Second, since a part of the network composed of regularly connected wiring tracks is replaced with a wiring that directly connects the basic cells randomly selected with a predetermined probability, a shortcut wiring track is provided. By connecting via the shortcut wiring track, it is possible to connect any two basic cells with only a small number of switch blocks, thereby reducing signal transmission and computation delays. Can be made.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施の形態に係るプログラマブル論理回路の主要部の構成を模式的に表したものである。また図2は、基本セルの主要部の構成を模式的に表したものである。なお、繁雑化を避けるために、スイッチブロックの接続制御を行うためのコントローラ等の図示および詳述については省略した。   FIG. 1 schematically shows a configuration of a main part of a programmable logic circuit according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 schematically shows the configuration of the main part of the basic cell. In addition, in order to avoid complication, illustration and detailed description of the controller etc. for performing connection control of a switch block were abbreviate | omitted.

このプログラマブル論理回路は、基本セル1と、配線ネットワークを構成する隣設した基本セル1同士を結ぶ規則的な配線トラック2および不規則的なショートカット配線トラック3とを、その主要部として備えている。   This programmable logic circuit includes a basic cell 1, and regular wiring tracks 2 and irregular shortcut wiring tracks 3 that connect adjacent basic cells 1 constituting a wiring network as main parts. .

基本セル1は、このプログラマブル論理回路における1つの半導体基板上に行列状(マトリックスアレイ状)に配置される基本セル群111〜177を構成する個々の論理セルである。この基本セル1は、Nビット入力の論理演算を行なう論理ブロック11と、配線トラック2またはショートカット配線トラック3を選択的に基本セル1内の論理ブロック11と接続するためのスイッチブロック12と、論理ブロック11とスイッチブロック12との接続を仲介するためのコネクションブロック13と、スイッチブロック12の接続制御を行なうコントローラ(図示省略)とを含んでいる。   The basic cell 1 is an individual logic cell constituting the basic cell groups 111 to 177 arranged in a matrix (matrix array) on one semiconductor substrate in the programmable logic circuit. This basic cell 1 includes a logic block 11 that performs an N-bit input logic operation, a switch block 12 that selectively connects the wiring track 2 or the shortcut wiring track 3 to the logic block 11 in the basic cell 1, A connection block 13 for mediating the connection between the block 11 and the switch block 12 and a controller (not shown) for controlling the connection of the switch block 12 are included.

(論理ブロック)
基本セル1の論理セルとしての最も主要な部分である論理ブロック11は、入力された信号に基づいて論理処理をするブロックであり、論理回路を実装するLUT(ルックアップテーブル)やFF(フリップ−フロップ)などからなるものである。この論理ブロック11の入出力信号端子はコネクションブロック13に接合されている。
(Logical block)
The logic block 11 which is the most main part of the basic cell 1 as a logic cell is a block that performs logic processing based on an input signal, and is a LUT (Look Up Table) or FF (Flip- Flop) and the like. The input / output signal terminals of the logic block 11 are joined to the connection block 13.

(スイッチブロック)
スイッチブロック12は、例えば水平方向(行方向)の配線トラック211と垂直方向(列方向)の配線トラック212とが交差する位置ごとに設けられており、制御信号に対応して水平配線間または垂直配線間あるいは水平配線と垂直配線との組み合わせの接続を切り替えてその接続状態を保持することができるように設定されているものである。
(Switch block)
The switch block 12 is provided at each position where the horizontal (row direction) wiring track 211 and the vertical (column direction) wiring track 212 intersect, for example, between horizontal wirings or according to a control signal. It is set so that the connection state between the wirings or the combination of the horizontal wiring and the vertical wiring can be switched and the connection state can be maintained.

このスイッチブロック12が論理ブロック11と配線トラック2やショートカット配線3を介して、どのような接続関係に設定されるかについて、その接続関係の制御についての情報は、図示しないコンフィギュレーションメモリ等に格納されたコンフィギュレーションデータに基づいてプログラムすることが可能である。この接続関係は、図示しないコントローラからスイッチブロック12に接続情報を供給することで制御される。   Information about the connection relationship of the switch block 12 set with the logic block 11 via the wiring track 2 or the shortcut wiring 3 is stored in a configuration memory (not shown) or the like. It is possible to program based on the programmed configuration data. This connection relationship is controlled by supplying connection information to the switch block 12 from a controller (not shown).

(コネクションブロック)
コネクションブロック13は、一方の接続端子が自身の基本セル1内のスイッチブロック12と接続され、他方の接続端子が配線トラック2およびショートカット配線トラック3のうち少なくともいずれか一つを介して他の基本セル1(自身の基本セル1の外部の少なくともいずれか1個の基本セル1)のスイッチブロック12と接続されており、さらに他の端子が自身の基本セル1内の論理ブロック11とも接続されている。そしてこのコネクションブロック13を経由して、図2では図示しない外部の基本セル1から伝送されて来た入力信号がこの図2で着目している基本セル1内の論理ブロック11へと入力され、また逆に、この基本セル1からの出力信号が、外部の基本セル1へと伝送されて行く。従って、このコネクションブロック13は、言うなれば自身の基本セル1と外部の基本セル1との間での信号のやりとりのコネクションを行うためのものである。
(Connection block)
One connection terminal of the connection block 13 is connected to the switch block 12 in its own basic cell 1, and the other connection terminal is connected to the other basic terminal via at least one of the wiring track 2 and the shortcut wiring track 3. It is connected to the switch block 12 of the cell 1 (at least one basic cell 1 outside the own basic cell 1), and the other terminal is also connected to the logic block 11 in the own basic cell 1. Yes. An input signal transmitted from an external basic cell 1 (not shown in FIG. 2) is input to the logic block 11 in the basic cell 1 focused in FIG. Conversely, the output signal from the basic cell 1 is transmitted to the external basic cell 1. Therefore, this connection block 13 is for making a signal exchange connection between its own basic cell 1 and the external basic cell 1.

(配線トラック)
配線トラック2およびショートカット配線トラック3は、基本セル1同士の間を接続して所望の回路を形成するための配線である。一般に、規則的な配線トラック2としては、規定の長さの複数種類の配線(シングルズ,ダブルズ,クワッズ,ロングライン)が水平方向(211)および垂直方向(212)にそれぞれ配設されている。
(Wiring track)
The wiring track 2 and the shortcut wiring track 3 are wirings for connecting the basic cells 1 to form a desired circuit. Generally, as the regular wiring track 2, a plurality of types of wirings (singles, doubles, quads, long lines) having a prescribed length are arranged in the horizontal direction (211) and the vertical direction (212), respectively.

より詳細には、規則的な配線トラック2としては、図4に一例を示したように、隣接する基本セル1同士の間(例えば図1で基本セル111と基本セル112との間や基本セル111と基本セル121との間のように、最も基本的で小さな単位である1スイッチブロック間)を接続する配線(シングルズ201)、1つ隔った基本セル1同士の間(例えば基本セル111と基本セル113との間や基本セル111と基本セル131との間のような、2スイッチブロック間)を、スイッチブロック12を介することなく直接に接続する配線(ダブルズ202)、3つ隔った基本セル1同士の間(例えば基本セル111と基本セル115との間や基本セル111と基本セル151との間のような、4スイッチブロック間)を、スイッチブロック12を介することなく直接に接続する配線(クワッズ203)、長距離に亘って隔たった位置にある基本セル1同士の間を接続する配線(ロングライン204)等がある。ロングライン204は、水平方向(行方向またはx方向とも呼ぶ)または垂直方向(列方向またはy方向とも呼ぶ)のいずれかのライン上にある2つの基本セル1同士の間を接続するものである。これらの配線トラック2(201,202,203,204)は、従来の一般的なプログラマブル論理回路では、各基本セルごとに等しく規則的に設けられていた。   More specifically, as an example of the regular wiring track 2, as shown in FIG. 4, between the adjacent basic cells 1 (for example, between the basic cell 111 and the basic cell 112 in FIG. A wiring (Singles 201) for connecting the most basic and small units (between one switch block) as between 111 and the basic cell 121 (for example, between the basic cells 111) Between two switch blocks (such as between the basic cell 111 and the basic cell 131) and between the basic cell 113 and the basic cell 131 without using the switch block 12 (doubles 202). Between the basic cells 1 (for example, between the four switch blocks such as between the basic cell 111 and the basic cell 115 or between the basic cell 111 and the basic cell 151). Directly connected to the wiring (Kuwazzu 203), and the like wiring for connecting between the adjacent basic cells 1 at a position spaced over long distances (long line 204) without using the. The long line 204 connects between two basic cells 1 on either a horizontal direction (also referred to as a row direction or an x direction) or a vertical direction (also referred to as a column direction or a y direction). . These wiring tracks 2 (201, 202, 203, 204) are regularly provided for each basic cell in the conventional general programmable logic circuit.

本実施の形態に係るプログラマブル論理回路では、上記のような規則的な配線トラック2以外に、スモールワールドネットワークを構成するように敢えて規則性を破って配線設定されたショートカット配線トラック3を、全配線ネットワーク中に所定の割合で(後述する確率で)備えている。このショートカット配線トラック3によって、離れた位置にある2つの基本セル1間をx方向とy方向との両方に亘ってバイパス的に直結して(x方向とy方向との交点のスイッチブロック12を含めてその間の全てのスイッチブロック12を経由することなく)、スモールワールドネットワークによる接続関係を構成することができる。   In the programmable logic circuit according to the present embodiment, in addition to the regular wiring track 2 as described above, the shortcut wiring track 3 that is intentionally broken and configured to form a small world network is connected to all wiring. It is provided in the network at a predetermined rate (with a probability described later). By this shortcut wiring track 3, two basic cells 1 at a distant position are directly connected in a bypass manner in both the x direction and the y direction (the switch block 12 at the intersection of the x direction and the y direction is connected). The connection relationship by the small world network can be configured without going through all the switch blocks 12 in between.

(スモールワールドネットワーク)
ここで、スモールワールドネットワークの基本的原理について説明する。図3に模式的に示したように、全てのノード330間の結合に規則性がないランダムネットワーク(B)、全てのノード330間が規則的に連結されているレギュラーネットワーク(A)、その中間の、ノード330間の接続のみが部分的に規則的な連結になっていない(変則的な)スモールワールドネットワ−ク(C)の、3種類のネットワークが存在する。レギュラーネットワーク(A)では、完全に規則的な接続構造のため、接続コスト(接続の量や密度)は低いが、例えば遠くのノード330同士を結ぼうとすると、その間に多数のリンク(接続)を経由しなければならないので、任意のノード330間の平均距離(全てのノード330同士の接続の距離の合計をその接続本数で除した平均値)が大きい。また、ランダムネットワーク(B)では、全てのノード330についてレギュラーネットワーク(A)における完全な配線の規則性を破って遠距離のノード330同士が直結されているので、任意のノード330間の平均距離は小さいが、ランダムに多量のリンクを有する構造であるために、接続コストが高い。しかし、スモールドワールドネットワ−ク(C)は、上述の2つのタイプのネットワーク(A;レギュラー),(B;ランダム)とは異なり、レギュラーネットワーク(A)におけるような完全な規則性を破って敢えて部分的に変則的な接続構造としており、従ってまた、ランダムネットワーク(B)におけるような完全にランダムな接続構造とも異なったものとなっている。これによって、スモールドワールドネットワ−ク(C)では、遠距離のノード同士が変則的なリンク(接続)によって直結されて、接続コスト(接続に要するリンクを張るコスト)を低減化することができ、かつ任意のノード間の距離を小さくすることができる。さらには、このスモールドワールドネットワ−ク(C)では、上記のような接続構造を最適化することで、任意の2ノード間の平均距離をランダムネットワークに近似した短いものとすることができる。
(Small World Network)
Here, the basic principle of the small world network will be described. As schematically shown in FIG. 3, a random network (B) having no regularity in connection between all nodes 330, a regular network (A) in which all nodes 330 are regularly connected, and the intermediate There are three types of networks: small world network (C) in which only the connections between nodes 330 are not partly regularly linked (anomalous). In the regular network (A), the connection cost (the amount and density of connections) is low because of a completely regular connection structure. For example, when connecting distant nodes 330, a large number of links (connections) are connected between them. Therefore, the average distance between arbitrary nodes 330 (the average value obtained by dividing the total distance of connections between all nodes 330 by the number of connections) is large. Further, in the random network (B), the long distance nodes 330 are directly connected to each other by breaking the regular wiring regularity in the regular network (A) for all the nodes 330. Therefore, the average distance between arbitrary nodes 330 is determined. Is small, but has a high connection cost due to the structure having a large number of links at random. However, the small mold network (C) is different from the above two types of networks (A; regular) and (B; random), and breaks the complete regularity as in the regular network (A). The connection structure is partly anomalous, so it is also different from a completely random connection structure as in the random network (B). As a result, in the small world network (C), long-distance nodes are directly connected by an irregular link (connection), and the connection cost (the cost for establishing a link required for connection) can be reduced. And the distance between arbitrary nodes can be made small. Further, in the small mold world network (C), by optimizing the connection structure as described above, the average distance between any two nodes can be shortened to approximate a random network.

すなわち、ここで上記をまとめると、ランダムネットワークを構築しようとすると、リンク(接続)の量(距離や密度)がレギュラーネットワークの場合と比べて増大してしまう。他方、レギュラーネットワークでは、接続の平均距離が大きくなってしまう。しかし、スモールワールドネットワークによれば、少量のショートカットリンクを設けたことで、任意の2ノード間の接続の平均距離をランダムネットワーク並みに減少させることができる。そしてまた、少量のリンクで済むので、レギュラーネットワークと比較して接続コストの増大が無いかまたは少量で済み、ひいては接続コストをランダムネットワークとほぼ同等にまで低減化することができる。このような極めて有効な利点を、スモールワールドネットワークは有している。そこで、このようなスモールワールドネットワークによる利点を、プログラマブル論理回路に利用する。すなわち、上記のような離散数学的モデルによる説明における「ノード」を基本セル1(より詳しくは、その内部のスイッチブロック12)とし、「リンク(または接続)」を配線トラック2とする。基本原理として、このようなモデルで模式的に説明したようなスモールドワールドネットワ−クに基づいた配線構造とすることより、完全に規則的な配線構造を有する従来のプログラマブル論理回路の場合よりも配線コストを低くすることができ、従ってチップの面積中における配線面積の占有比率を小さくすることができ、かつ任意の2つの基本セル同士の間の平均配線距離をランダムネットワーク的な配線構造のプログラマブル論理回路の場合よりも短くすることができ、従って信号伝送や演算の遅延を減少させることができるという、優れたプログラマブル論理回路が実現されるのである。   That is, when the above is summarized, when an attempt is made to construct a random network, the amount (distance and density) of links (connections) increases compared to the case of a regular network. On the other hand, in a regular network, the average distance of connection becomes large. However, according to the small world network, by providing a small amount of shortcut links, the average distance of connection between any two nodes can be reduced to the same level as a random network. In addition, since only a small amount of link is required, the connection cost does not increase or is small compared to the regular network. As a result, the connection cost can be reduced to almost the same as that of the random network. The small world network has such a very effective advantage. Therefore, the advantage of such a small world network is used for a programmable logic circuit. In other words, the “node” in the above description based on the discrete mathematical model is the basic cell 1 (more specifically, the internal switch block 12), and the “link (or connection)” is the wiring track 2. As a basic principle, by adopting a wiring structure based on the small world network as schematically described in such a model, it is more than a conventional programmable logic circuit having a completely regular wiring structure. The wiring cost can be reduced, and therefore the occupation ratio of the wiring area in the chip area can be reduced, and the average wiring distance between any two basic cells can be set to a random network wiring structure. An excellent programmable logic circuit can be realized that can be made shorter than in the case of a logic circuit, and therefore can reduce signal transmission and operation delays.

(スモールワールドネットワークの数値化)
スモールワールドネットワークは、最短平均経路長L、クラスター係数C、ノード数nによって数値的に特徴付けることができる。すなわち、スモールワールドネットワークでは、nが大きく、Lがランダムネットワークに近く、かつCがランダムネットワークに比べて極めて大きい。従って、多数の基本セル1を有するプログラマブル論理回路においてスモールワールドネットワークに則したショートカット配線トラック3を備えた配線ネットワークを構築することで、最短平均経路長Lがランダムネットワークに近くなって、規則的な配線トラック2のみの場合よりも平均配線長を短くすることができ、規則的な配線トラック2のみの場合よりも配線コストパフォーマンスを極めて高いものとすることが可能となるのである。
(Numericalization of small world network)
The small world network can be numerically characterized by the shortest average path length L, the cluster coefficient C, and the number of nodes n. That is, in the small world network, n is large, L is close to the random network, and C is extremely large compared to the random network. Therefore, by constructing a wiring network having the shortcut wiring track 3 conforming to the small world network in a programmable logic circuit having a large number of basic cells 1, the shortest average path length L becomes close to a random network, and regular The average wiring length can be shortened as compared with the case of only the wiring track 2, and the wiring cost performance can be made extremely higher than that of the case of only the regular wiring track 2.

(平均経路長L)
本実施の形態に係るプログラマブル論理回路における最短平均経路長Lとは、任意の基本セル1間の距離Lijの平均である。ここに、Lijとは、基本セル1iと基本セル1jとを最短に繋ぐために必要な配線長である。それらの平均を計算することによって、基本セル1iについての最短平均経路長Liを求めることができる。従って、全ての基本セル1に対してLを求め、それらを平均することによって、ネットワークの最短平均経路長Lを算出することができる。
(Average path length L)
The shortest average path length L in the programmable logic circuit according to the present embodiment is an average of the distance Lij between any basic cells 1. Here, Lij is a wiring length necessary for connecting the basic cell 1i and the basic cell 1j in the shortest distance. By calculating their average, the shortest average path length Li for the basic cell 1i can be obtained. Therefore, the shortest average path length L of the network can be calculated by obtaining L for all the basic cells 1 and averaging them.

(スモールワールドネットワーク接続方法)
次に、スモールワールドネットワークに則した配線ネットワークを構築する方法について説明する。まず、個々の基本セル1のスイッチブロック12の全ての配線が規則的な配線トラック2であるレギュラーネットワークについて考える。図5は、全ての配線が規則的な配線トラックである従来の一般的なレギュラーネトワーク論理回路の主要部の構成を表したものである。
(Small world network connection method)
Next, a method for constructing a wiring network conforming to the small world network will be described. First, consider a regular network in which all the wiring of the switch block 12 of each basic cell 1 is a regular wiring track 2. FIG. 5 shows a configuration of a main part of a conventional general regular network logic circuit in which all wirings are regular wiring tracks.

基本セル1(111〜177)は、いわゆるマトリックス状に配置されている。各基本セル1は、内部配線を利用して、隣接する基本セル1との接続を行なうことができる。ここで、「隣接」とは、基本セル1同士が他の基本セル1を介在することなく隣り合って存在している配置関係を言うものとする。   The basic cells 1 (111 to 177) are arranged in a so-called matrix. Each basic cell 1 can be connected to an adjacent basic cell 1 using internal wiring. Here, “adjacent” means an arrangement relationship in which the basic cells 1 are adjacent to each other without interposing other basic cells 1.

例えば、図5において、基本セル162は、基本セル161,163,152,172の、合計4つの基本セル1と隣接している。この場合、基本セル162は、配線トラック2(261,263,252,272)をそれぞれ介して、隣接する基本セル161,163,152,172と接続されている。   For example, in FIG. 5, the basic cell 162 is adjacent to a total of four basic cells 1 of the basic cells 161, 163, 152, and 172. In this case, the basic cell 162 is connected to the adjacent basic cells 161, 163, 152, 172 via the wiring tracks 2 (261, 263, 252, 272), respectively.

上記のような規則的な配線トラック2のみを有している配線ネットワークの一部をショートカット配線トラック3に置換することで、スモールワールドネットワークを構築する。ここで、上記のような従来の規則的な配線トラック2を有する配線ネットワークにおいて、各基本セル1のスイッチブロック12は、自身以外のスイッチブロック12とN本のシングルズ201によって接続されているものとする。また、その配線ネットワークが有するスイッチブロック12の個数をM、繋ぎ替えの確率をpとする。   A small world network is constructed by replacing a part of the wiring network having only the regular wiring track 2 as described above with the shortcut wiring track 3. Here, in the wiring network having the conventional regular wiring track 2 as described above, the switch block 12 of each basic cell 1 is connected to the switch blocks 12 other than itself by N singles 201. To do. In addition, the number of switch blocks 12 included in the wiring network is M, and the probability of switching is p.

まず、第1のステップとして、前述の規則的な配線トラック2を有する配線ネットワーク内のM個のスイッチブロック12(換言すれば基本セル1)から、ランダムに2つのスイッチブロック12を選択する。   First, as a first step, two switch blocks 12 are randomly selected from the M switch blocks 12 (in other words, the basic cell 1) in the wiring network having the regular wiring tracks 2 described above.

次に、第2のステップとして、選ばれた2個のスイッチブロック12同士の間の最短マンハッタン距離となる経路(最短マンハッタン経路)に沿って、シングルズ201の配線を繋ぎ合わせて、その途中のスイッチブロック12を実質的に経由しない直結の1本のショートカット配線トラック3とする。   Next, as a second step, the wires of the singles 201 are connected together along a route (shortest Manhattan route) that is the shortest Manhattan distance between the two selected switch blocks 12, and a switch in the middle is connected. It is assumed that one shortcut wiring track 3 is directly connected without substantially passing through the block 12.

この第1のステップおよび第2のステップの操作をp×N回に亘って行って、規則的な配線トラック2と不規則的なショートカット配線トラック3とが混在する配線ネットワークを構築することができる By performing the operations of the first step and the second step p × N times, it is possible to construct a wiring network in which regular wiring tracks 2 and irregular shortcut wiring tracks 3 are mixed. .

(最短マンハッタン経路)
ここで、上記の最短マンハッタン距離とは、ある基本セル1a(そのマトリックス中における位置を(x1、y1)とする)と基本セル1b(そのマトリックス中における位置を(x2、y2)とする)の2点間の距離が|x1―x2|+|y1−y2|で表される距離を言う。また、そのような距離を取る経路を、最短マンハッタン経路と呼ぶ。
(Shortest Manhattan route)
Here, the above shortest Manhattan distance means that a certain basic cell 1a (the position in the matrix is (x1, y1)) and the basic cell 1b (the position in the matrix is (x2, y2)). The distance between the two points is expressed as | x1-x2 | + | y1-y2 |. A route that takes such a distance is called a shortest Manhattan route.

(プログラム記憶方法)
FPGA(Field Programable Gate Array;フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ)は、一般に、その機能をプログラムすることのできる複数の論理セルと、それら論理セル間の接続をプログラムすることのできる配線とから、その主要部が構成されている(図示省略)。そのようなFPGAの各基本セルにおける、論理セルや配線のプログラム情報は、FPGAに内蔵されたスタティック・ランダム・アクセス・メモリ(SRAM;Static Random Access Memory)などのメモリやヒューズの状態などによって記憶される。そして論理セルによる回路機能は、接続されたメモリの内容やヒューズの状態に応じて決定される。また、配線ネットワークのスイッチの状態を、メモリの内容やヒューズの状態によって決定して配線のプログラムが実行される。
(Program storage method)
An FPGA (Field Programmable Gate Array) generally includes a plurality of logic cells that can be programmed with functions and wiring that can be programmed to connect the logic cells. The main part is configured (not shown). Program information of logic cells and wiring in each basic cell of such an FPGA is stored by a memory such as a static random access memory (SRAM) built in the FPGA or a state of a fuse. The The circuit function of the logic cell is determined according to the contents of the connected memory and the state of the fuse. Also, the wiring program is executed by determining the state of the switch of the wiring network according to the contents of the memory and the state of the fuse.

なお、プログラム情報をSRAMなどの書き換え可能なメモリ素子等に記憶する場合は、そのメモリ内容を書き換えることによって再プログラム(プログラムの書き換え)することが可能である。他方、ヒューズの状態によってプログラム情報を記憶する場合には、一度プログラムを行った後には再プログラムをすることはできない。   When program information is stored in a rewritable memory element such as an SRAM, it can be reprogrammed (program rewriting) by rewriting the memory contents. On the other hand, when program information is stored according to the state of the fuse, it is not possible to re-program it once it has been programmed.

本実施の形態に係るプログラマブル論理回路においても、このようなプログラムの記憶方法を用いることが可能であることは言うまでもない。   It goes without saying that such a program storage method can also be used in the programmable logic circuit according to the present embodiment.

次に、本実施の形態に係るプログラマブル論理回路の作用について、特にそのショートカット配線トラック3を含んだスモールワールドネットワークの作用を中心として説明する。   Next, the operation of the programmable logic circuit according to the present embodiment will be described focusing on the operation of the small world network including the shortcut wiring track 3 in particular.

(スモールワールドネットワークの作用)
図1に一例を示したように、基本セル172から基本セル137までの信号経路をプログラムによって形成する場合には、まず、基本セル172からショートカット配線トラック301を介して基本セル136に接続する。このショートカット配線トラック301を経由することで、その経路途中の7個の基本セル173,174,175,176,166,156,146については、いずれもスイッチブロック12を経由することなく、言うなればこの間はスイッチブロック12については「バイパス」あるいは「ショートカット」して、基本セル172と基本セル136とが直結される。このとき、x方向の経路とy方向の経路との交点に位置している基本セル176のスイッチブロック12が使用されないことが、本実施の形態に係るプログラマブル論理回路の作用上、重要である。そして、基本セル136は、自身のスイッチブロック12によってシングルズの配線トラック236による接続を選択して、基本セル137に接続される。
(Operation of small world network)
As shown in FIG. 1, when a signal path from the basic cell 172 to the basic cell 137 is formed by a program, first, the basic cell 172 is connected to the basic cell 136 via the shortcut wiring track 301. By going through the shortcut wiring track 301, all of the seven basic cells 173, 174, 175, 176, 166, 156, and 146 in the course of the route do not go through the switch block 12. During this time, the switch cell 12 is “bypassed” or “shortcut”, and the basic cell 172 and the basic cell 136 are directly connected. At this time, it is important for the operation of the programmable logic circuit according to the present embodiment that the switch block 12 of the basic cell 176 located at the intersection of the path in the x direction and the path in the y direction is not used. The basic cell 136 is connected to the basic cell 137 by selecting connection by the singles wiring track 236 by the switch block 12 of its own.

このようにして、本実施の形態に係るプログラマブル論理回路では、基本セル172から基本セル137までの信号経路をプログラムによって形成する場合、ショートカット配線トラック301を経由することで(用いることで)、使用するスイッチブロック12の個数を、基本セル136におけるスイッチブロック12の1個のみと極めて少数なものとすることができる。   Thus, in the programmable logic circuit according to the present embodiment, when the signal path from the basic cell 172 to the basic cell 137 is formed by the program, it is used by (via use) the shortcut wiring track 301. The number of switch blocks 12 to be performed can be extremely small, such as one switch block 12 in the basic cell 136.

また、基本セル151と基本セル135との間を直結するショートカット配線トラック302や、基本セル113と基本セル145との間を直結するショートカット配線トラック303についても、上記のショートカット配線トラック301と同様の作用によって、その経路中で使用するスイッチブロック12を極めて少数なものとすることができる。   The shortcut wiring track 302 that directly connects the basic cell 151 and the basic cell 135 and the shortcut wiring track 303 that directly connects the basic cell 113 and the basic cell 145 are similar to the shortcut wiring track 301 described above. As a result, the number of switch blocks 12 used in the path can be extremely small.

他方、比較例として、図5に示したような従来の一般的な規則的な配線トラック2のみを有するプログラマブル論理回路において、上記と同様に基本セル172から基本セル137までの信号経路をプログラムによって形成する場合について考える。ダブルズ等を有しておらず、シングルズの配線トラック2のみから配線ネットワークが構成されている場合には、基本セル172から基本セル137までの信号経路は、基本セル173,174,175,176,166,156,146の合計7個のスイッチブロック12を経由(使用)することになり、その個数は極めて多くなってしまう。   On the other hand, as a comparative example, in a programmable logic circuit having only a conventional general regular wiring track 2 as shown in FIG. 5, the signal path from the basic cell 172 to the basic cell 137 is programmed by the program as described above. Consider the case of forming. In the case where the wiring network is configured only from the singles wiring track 2 without the doubles or the like, the signal path from the basic cell 172 to the basic cell 137 is the basic cell 173, 174, 175, 176, A total of seven switch blocks 12 of 166, 156, and 146 are used (used), and the number thereof is extremely large.

基本セル172から基本セル176までをクワッズの配線トラック270によって接続可能である場合でも、その間の3個のスイッチブロック12については使用しないで(「バイパス」することで)、基本セル172を基本セル176に一旦直結することができるが、基本セル176で接続経路を水平方向(x方向)から垂直方向(y方向)に方向転換する際に、その基本セル176のスイッチブロック12を使用して、垂直方向への(y方向,換言すれば基本セル176から基本セル136に向かう方向への)接続を選択しなければならない。そして基本セル176では、クワッズの配線トラック271を経由して基本セル136に直結されるが、このとき基本セル176のスイッチブロック12を使用してクワッズの配線トラック271を選択すると共に、基本セル136のスイッチブロック12を使用して基本セル137への接続を選択しなければならない。従って、この場合には、少なくとも合計2個のスイッチブロック12を使用することになる。   Even if the basic cell 172 to the basic cell 176 can be connected by the quad wiring track 270, the three switch blocks 12 between them are not used (by “bypassing”), and the basic cell 172 is changed to the basic cell. 176 can be directly connected to the base cell 176, but when the connection path is changed from the horizontal direction (x direction) to the vertical direction (y direction) in the basic cell 176, the switch block 12 of the basic cell 176 is used, A connection in the vertical direction (y direction, in other words, from the basic cell 176 to the basic cell 136) must be selected. The basic cell 176 is directly connected to the basic cell 136 via the quad wiring track 271. At this time, the switch cell 12 of the basic cell 176 is used to select the quad wiring track 271 and the basic cell 136. The switch block 12 must be used to select a connection to the basic cell 137. Therefore, in this case, at least two switch blocks 12 are used in total.

また、別の一例として、基本セル162と基本セル137とを接続する場合について考える。本実施の形態に係るプログラマブル論理回路では、基本セル162から隣接した基本セル172に一旦接続し、この基本セル172のスイッチブロック12を使用して、ショートカット配線トラック301を経由して基本セル136に接続する。基本セル136では、自身のスイッチブロック12を使用してシングルズの配線トラック236を選択して、基本セル137に接続する。このようにして、経路途中で基本セル172と基本セル136との合計2個のスイッチブロック12を使用して、基本セル162と基本セル137とを接続することができる。   As another example, consider a case where the basic cell 162 and the basic cell 137 are connected. In the programmable logic circuit according to the present embodiment, the basic cell 162 is temporarily connected to the adjacent basic cell 172, and the basic cell 136 is connected via the shortcut wiring track 301 using the switch block 12 of the basic cell 172. Connecting. In the basic cell 136, the singles wiring track 236 is selected using its own switch block 12 and connected to the basic cell 137. In this way, the basic cell 162 and the basic cell 137 can be connected by using a total of two switch blocks 12 including the basic cell 172 and the basic cell 136 in the course of the route.

他方、シングルズ、ダブルズ、クワッズ、グローバルという規則的な配線トラック2のみを有する図5に示した従来の一般的なプログラマブル論理回路の場合には、基本セル162からクワッズの配線トラック272を経由して基本セル166に接続し、基本セル166は、自身のスイッチブロック12を使用して、シングルズの配線トラック201を介して隣設する基本セル156に接続する。このとき基本セル156のスイッチブロック12が使用される。基本セル156では、自身のスイッチブロック12を使用して、ダブルズの配線トラック202を選択して、基本セル136に接続する。基本セル136では、自身のスイッチブロック12を使用して、シングルズの配線トラック236を選択して、基本セル137に接続する。このようにして、経路途中で合計3個のスイッチブロック12を使用して、基本セル162と基本セル137とを接続することができるが、この場合のスイッチブロック12の個数は3個であるから、本実施の形態に係るプログラマブル論理回路のそれよりも1個多いものとなっている。   On the other hand, in the case of the conventional general programmable logic circuit shown in FIG. 5 having only the regular wiring tracks 2 of singles, doubles, quads, and global, the basic cell 162 passes through the quads wiring track 272. The basic cell 166 is connected to the adjacent basic cell 156 through the singles wiring track 201 by using its own switch block 12. At this time, the switch block 12 of the basic cell 156 is used. In the basic cell 156, the doubles wiring track 202 is selected and connected to the basic cell 136 using its own switch block 12. In the basic cell 136, the singles wiring track 236 is selected and connected to the basic cell 137 using its own switch block 12. In this way, the basic cell 162 and the basic cell 137 can be connected by using a total of three switch blocks 12 in the middle of the route, but the number of switch blocks 12 in this case is three. The number is one more than that of the programmable logic circuit according to the present embodiment.

このように、本実施の形態に係るプログラマブル論理回路によれば、プログラマブル論理回路における配線ネットワークを、スモールワールドネットワークに則した最適なものにすることで、信号経路で使用するスイッチブロック数を削減することができ、延いては信号伝送や演算の遅延を減少させることが可能となる。   Thus, according to the programmable logic circuit according to the present embodiment, the number of switch blocks used in the signal path is reduced by optimizing the wiring network in the programmable logic circuit in accordance with the small world network. As a result, signal transmission and computation delay can be reduced.

なお、Lがランダムネットワークに近く、かつCがランダムネットワークに比べて極めて大きいネットワークとなるような配線ネットワークを構築することが可能なショートカット配線トラック3を備えるようにする配線方法であれば、上記のようなスモールワールドネットワークに厳密に則した配線方法以外でも、本発明のプログラマブル論理回路またはその配線構造として適用可能である。   If the wiring method includes the shortcut wiring track 3 capable of constructing a wiring network in which L is close to a random network and C is an extremely large network compared to the random network, Other than the wiring method strictly conforming to such a small world network, it can be applied as the programmable logic circuit of the present invention or the wiring structure thereof.

すなわち、ショートカット配線トラック3として、行方向と列方向との両方向に亘って離れた位置に存在している2つの基本セル1同士の間をスイッチブロック12を経由することなく直結する配線を備えることにより、例えば確率pを平均距離の最適化が実現できるような数値にオプティマイズしなくとも、あるいは、基本セル1を必ずしも完全にランダムに選択しなくとも、例えば基本セル122と基本セル166との間の接続のような、行方向と列方向との両方向に亘って離れた位置に存在している2つの基本セル1同士を繋ぐ、適宜な本数のショートカット配線トラック3を、配線ネットワーク中に混在させるようにしてもよい。このようにすることによっても、上記のようなスモールワールドネットワークに厳密に則した配線方法と比較すればそれよりも効果は小さくなる確率は高いが、それでも従来の配線構造と比較して十分に効果的にスイッチブロックの使用個数の削減化を達成することができると共に平均配線距離の低減化および配線効率の向上を達成することが可能である。   That is, the shortcut wiring track 3 is provided with a wiring that directly connects the two basic cells 1 existing in positions separated in both the row direction and the column direction without going through the switch block 12. Thus, for example, between the basic cell 122 and the basic cell 166, without optimizing the probability p to a numerical value that can realize the optimization of the average distance, or without necessarily selecting the basic cell 1 completely at random. The appropriate number of shortcut wiring tracks 3 that connect two basic cells 1 that exist at positions separated in both the row direction and the column direction, such as the connection of, are mixed in the wiring network. You may do it. Even if this is done, there is a high probability that the effect will be less than that of the wiring method strictly following the small world network as described above, but it is still sufficiently effective compared to the conventional wiring structure. In particular, the number of switch blocks used can be reduced, and the average wiring distance can be reduced and the wiring efficiency can be improved.

また、規則的な配線トラック2をショートカット配線トラック3に置き換えられた基本セル1のスイッチブロック12は、その置き換えられた配線トラック2に関するスイッチについては省略してもよいことは言うまでもない。これは、ショートカット配線トラック3に置き換えられた配線のスイッチについては、ショートカット配線トラック3によってバイパス(またはショートカット)されて使用されないのであるから、省略することが可能だからである。   It goes without saying that the switch block 12 of the basic cell 1 in which the regular wiring track 2 is replaced with the shortcut wiring track 3 may be omitted for the switch relating to the replaced wiring track 2. This is because the switch of the wiring replaced with the shortcut wiring track 3 is bypassed (or shortcut) by the shortcut wiring track 3 and is not used, and can be omitted.

また、ショートカット配線トラック3を含んだ配線ネットワークは、いわゆるASIC(Application Specific Integrated Circuit)の上地工程で、カスタマー(ユーザ)の要求に応じて形成する(配線構造をハードウエア的に構築する)ことなども可能である。すなわち、いわゆる下地ウェハとして汎用ゲートアレイを作り込んだものを予め用意しておき、その上地に、カスタマーの要求機能に対応して、上記のようなスモールワールドネットワークに則した配線構造の形成方法によって、ショートカット配線トラック3を含んだ配線ネットワークを形成するようにしてもよい。   In addition, the wiring network including the shortcut wiring track 3 is formed in accordance with the request of the customer (user) in a so-called ASIC (Application Specific Integrated Circuit) landing process (the wiring structure is built in hardware). Etc. are also possible. That is, a method for forming a wiring structure in accordance with the small world network as described above corresponding to the customer's required function is prepared in advance by preparing a general gate array as a so-called base wafer. Thus, a wiring network including the shortcut wiring track 3 may be formed.

その他、本発明は上記実施の形態のみには限定されず、種々の変形等が可能であることは言うまでもない。   In addition, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.

例えばFPGAのような、ユーザがプログラムを変更することによって多様な機能の論理回路素子を実現することができるプログラマブル論理回路およびプログラマブル論理回路の配線構造に適用可能である。   For example, the present invention can be applied to a programmable logic circuit such as an FPGA that can realize logic circuit elements having various functions by changing a program by a user and a wiring structure of the programmable logic circuit.

本発明の一実施の形態に係るプログラマブル論理回路の主要部の構成を模式的に表した図である。It is the figure which represented typically the structure of the principal part of the programmable logic circuit which concerns on one embodiment of this invention. 図1に示したプログラマブル論理回路における基本セルの主要部の構成を模式的に表した図である。It is the figure which represented typically the structure of the principal part of the basic cell in the programmable logic circuit shown in FIG. スモールワールドネットワークの基本的概念を表した図である。It is a figure showing the basic concept of a small world network. 規則的な配線トラックの種類の一例を表した図である。It is a figure showing an example of the kind of regular wiring track. 従来の一般的なプログラマブル論理回路の主要部の構成および配線ネットワークを模式的に表した図である。It is the figure which represented typically the structure and wiring network of the principal part of the conventional common programmable logic circuit.

符号の説明Explanation of symbols

1…基本セル、2…配線トラック、3…ショートカット配線トラック、11…論理ブロック、12…スイッチブロック、13…コネクションブロック

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Basic cell, 2 ... Wiring track, 3 ... Shortcut wiring track, 11 ... Logic block, 12 ... Switch block, 13 ... Connection block

Claims (6)

論理演算を行なう論理ブロックを有する複数の基本セルが行列状に配列され、前記基本セルどうしの間を接続する配線トラックを有しており、前記複数の基本セルの全てまたは一部が、自身以外の基本セルとの接続関係を与えられた接続情報に応じて決定するスイッチブロックを有するプログラマブル論理回路において、
前記配線トラックが、前記行列状に配列された複数の基本セル間を結ぶネットワークとしてスモールワールドネットワークを構成するように配線してなるものである
ことを特徴とするプログラマブル論理回路。
A plurality of basic cells having logic blocks for performing a logical operation are arranged in a matrix and have wiring tracks connecting the basic cells, and all or a part of the plurality of basic cells is other than itself In a programmable logic circuit having a switch block that determines a connection relationship with a basic cell in accordance with given connection information,
The programmable logic circuit, wherein the wiring track is wired so as to form a small world network as a network connecting the plurality of basic cells arranged in a matrix.
論理演算を行なう論理ブロックを有する複数の基本セルが行列状に配列され、前記各基本セルの一つ一つが、自身以外の基本セルに対して規則的な接続関係で接続された配線トラックを有しており、自身以外の基本セルとの接続関係を与えられた接続情報に応じて決定するスイッチブロックを備えた基本セルを有するプログラマブル論理回路において、
前記規則的に接続された配線トラックからなるネットワークの一部を、所定の確率でランダムに選択された基本セル同士を直結する配線に置換してなるショートカット配線トラックを備えた
ことを特徴とするプログラマブル論理回路。
A plurality of basic cells having logical blocks for performing logical operations are arranged in a matrix, and each of the basic cells has a wiring track connected to a basic cell other than itself in a regular connection relationship. In a programmable logic circuit having a basic cell with a switch block that determines a connection relationship with a basic cell other than itself according to given connection information,
Programmable, comprising a shortcut wiring track in which a part of the network composed of regularly connected wiring tracks is replaced with a wiring directly connecting basic cells randomly selected with a predetermined probability Logic circuit.
前記スイッチブロックを備えた基本セルの個数をM個、前記基本セルの1つ当りに前記規則的な接続関係のために設けられた配線トラックの本数をN本、前記所定の確率をpとすると、前記M個の基本セルのうちからランダムに2個を選択し、前記選択された2個の基本セルどうしの間の最短マンハッタン経路に沿って前記ショートカット配線トラックを設けることを、p×N回に亘って行って、前記ショートカット配線トラックを備えたネットワークを構築してなる
ことを特徴とする請求項2記載のプログラマブル論理回路。
When the number of basic cells having the switch block is M, the number of wiring tracks provided for the regular connection relation per basic cell is N, and the predetermined probability is p. Selecting two of the M basic cells at random, and providing the shortcut wiring track along the shortest Manhattan path between the two selected basic cells p × N times The programmable logic circuit according to claim 2, wherein a network including the shortcut wiring track is constructed.
論理演算を行なう論理ブロックを有する複数の基本セルが行列状に配列され、前記基本セルどうしの間を接続する配線トラックを有しており、前記複数の基本セルの全部または一部が、自身以外の基本セルとの接続関係を与えられた接続情報に応じて決定するスイッチブロックを有するプログラマブル論理回路の配線構造において、
前記配線トラックを、前記行列状に配列された複数の基本セル間を結ぶネットワークとしてスモールワールドネットワークを構成するように配線する
ことを特徴とするプログラマブル論理回路の配線構造。
A plurality of basic cells having logic blocks for performing a logical operation are arranged in a matrix and have wiring tracks connecting the basic cells, and all or a part of the plurality of basic cells is other than itself In the wiring structure of the programmable logic circuit having a switch block that determines the connection relationship with the basic cell according to the given connection information,
A wiring structure of a programmable logic circuit, wherein the wiring track is wired to form a small world network as a network connecting a plurality of basic cells arranged in a matrix.
論理演算を行なう論理ブロックを有する複数の基本セルが行列状に配列され、前記各基本セルの一つ一つが、自身以外の基本セルに対して規則的な接続関係で接続された配線トラックを有しており、自身以外の基本セルとの接続関係を与えられた接続情報に応じて決定するスイッチブロックを備えた基本セルを有するプログラマブル論理回路の配線構造において、
前記規則的に接続された配線トラックからなるネットワークの一部を、所定の確率でランダムに選択された基本セル同士を直結する配線に置換して、ショートカット配線トラックを設ける
ことを特徴とするプログラマブル論理回路の配線構造。
A plurality of basic cells having logical blocks for performing logical operations are arranged in a matrix, and each of the basic cells has a wiring track connected to a basic cell other than itself in a regular connection relationship. In a wiring structure of a programmable logic circuit having a basic cell with a switch block that is determined according to connection information given a connection relationship with a basic cell other than itself,
A programmable logic comprising a shortcut wiring track by replacing a part of a network composed of the regularly connected wiring tracks with a wiring that directly connects basic cells randomly selected with a predetermined probability. Circuit wiring structure.
前記スイッチブロックを備えた基本セルの個数をM個、前記基本セルの1つ当りに前記規則的な接続関係のために設けられた配線トラックの本数をN本、前記所定の確率をpとすると、前記M個の基本セルのうちからランダムに2個を選択し、前記選択された2個の基本セルどうしの間の最短マンハッタン経路に沿って前記ショートカット配線トラックを設けることを、p×N回に亘って行って、前記ショートカット配線トラックを備えたネットワークを構築する
ことを特徴とする請求項5記載のプログラマブル論理回路の配線構造。
When the number of basic cells having the switch block is M, the number of wiring tracks provided for the regular connection relation per basic cell is N, and the predetermined probability is p. Selecting two of the M basic cells at random, and providing the shortcut wiring track along the shortest Manhattan path between the two selected basic cells p × N times The wiring structure of the programmable logic circuit according to claim 5 , wherein a network including the shortcut wiring track is constructed.
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