JP4635072B2 - 統計的タイミング解析装置および統計的タイミング解析方法 - Google Patents
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Description
この静的タイミング解析では、このような遅延のばらつきをコーナとして扱うことが一般的に行われている。すなわち、あるばらつき要因のばらつきを検証する場合、そのばらつき要因が最小値をとる場合と最大値をとる場合の2つのケースで静的タイミング解析を行うことにより、そのばらつき要因が最小値から最大値まで変動した場合の回路動作を保証することが行われている。
しかしながら、特許文献1に開示された方法では、1回目の静的タイミング解析にて抽出された部分回路に対しては全てのコーナで2回目の静的タイミング解析を行う必要があるため、1回目の静的タイミング解析にて抽出された部分回路が小さい場合には解析時間が短くなるものの、1回目の静的タイミング解析にて抽出された部分回路が大きい場合には解析時間が長くなるという問題がある。動作タイミングが厳しいクリティカルパスは、一般的な回路では数千本以上存在する場合が多く、このような回路に対しては、特許文献1に開示された方法では、十分に短い解析時間で静的タイミング解析を行うことはできない。
しかしながら、特許文献2に開示された方法では、範囲で扱うばらつき要因を全ての範囲に渡って考慮することができないため、解析精度が劣化するという問題があった。ここで、範囲で扱うばらつき要因とは、例えば、回路が動作保証される電源電圧や温度である。範囲で扱うばらつき要因は、最小値と最大値を持ち、その範囲での回路動作を保証する必要がある。例えば、範囲で扱うばらつき要因が電圧と温度の2つの場合、範囲で扱うばらつき要因の範囲は矩形状になるのに対し、統計的静的タイミング解析で解析される範囲は円形状になり、統計的静的タイミング解析では、電圧と温度が共に最大値をとる条件の解析は行われないことになる。
前記クリティカルパス数に基づいて、前記半導体集積回路のパス毎に解析するコーナ条件をコンピュータが選択するステップと、前記半導体集積回路のパス毎に解析するコーナ条件に基づいて、前記半導体集積回路のパス毎のスラック値をコンピュータが計算するステップとを備えることを特徴とする。
図1は、本発明の第1実施形態に係る統計的タイミング解析装置の概略構成を示すブロック図である。
図1において、統計的タイミング解析装置11aには、統計的静的タイミング解析実行部12a、クリティカルパス情報保存部13、スラック値線形和表現保存部14、コーナ条件決定部15a、パスタイミング解析実行部16a、パス解析結果保存部17、レポート出力部18が設けられている。
また、スラック値線形和表現を用いた統計的スラック値sは、以下の(1)式で表すことができる。
また、クリティカルパスの情報は、クリティカルパスを一意に特定することができ、例えば、クリティカルパスが通過する全ピンのピン名、そのピンを信号が通過する際の信号遷移方向を含むことができる。
また、タイミングレポート19は、パスのスラック値をパスごとに記述することができ、スラック値の平均値およびばらつき量などを含むことができる。
なお、回路接続情報21は、回路接続関係を示すもので、Verilog−HDLやVHDL等の記述言語で記述することができる。回路RC情報22は、回路中の配線の抵抗や容量を示すもので、SPEFやDSPF等の書式で記述することができる。ばらつき範囲情報23は、回路の動作を保証する電圧や温度の範囲など統計値として扱うことができないばらつき情報を示すもので、ばらつき要因名、最小値および最大値の3つの情報をばらつき要因ごとに持つことができる。ばらつき統計値情報24は、製造工程のばらつきなど統計値として扱うことができるばらつき情報を示すもので、ばらつき要因名、平均値および標準偏差の3つの情報をばらつき要因ごとに持つことができる。センター解析用遅延計算ライブラリ25は、素子の遅延を計算するために統計的静的タイミング解析にて使用されるライブラリで、例えば、素子入力波形の信号遷移時間と、素子出力容量値から遅延値を求めるルックアップテーブルで構成することができる。
このセンター解析用遅延計算ライブラリ25から求められる遅延値dは遅延の平均値とばらつき値を含むことができ、例えば、以下の(2)式で表すことができる。
そして、コーナ条件決定部15aは、統計的静的タイミング解析実行部12aにて求められたクリティカルパスのスラック値線形和表現をスラック値線形和表現保存部14から読み出し、そのクリティカルパスのコーナ条件を決定し、パスタイミング解析実行部16aに出力する。なお、このコーナ条件の決定では、(1)式で与えられるスラック値sが最小になるように、範囲で扱うばらつき要因Xiのシフト量ΔXiを決定することができる。
図2において、範囲で扱うばらつき要因が電圧と温度の2つの場合、その電圧のばらつきは最小値Vminと最大値Vmaxを持ち、その温度のばらつきは最小値Tminと最大値Tmaxを持つ。そして、電圧の最小値Vminと最大値Vmaxとの間および温度の最小値Tminと最大値Tmaxとの間の範囲内が回路の動作保証範囲とされる。
一方、統計的静的タイミング解析の解析範囲は、電圧の最小値Vminと最大値Vmaxおよび温度の最小値Tminと最大値Tmaxを通る円となる。このため、統計的静的タイミング解析では、例えば、電圧と温度が共に最大値をとる点P1、電圧が最大値かつ温度が最小値をとる点P2、電圧が最小値かつ温度が最大値をとる点P3、電圧と温度が共に最小値をとる点P4の解析は行われないことになる。
そして、パスタイミング解析実行部16aは、点P1〜P4のコーナ条件における静的タイミング解析に基づいて、統計的静的タイミング解析にて選択されたクリティカルパスについてのスラック値を計算することができる。
図3において、ステップS1では、図1の統計的静的タイミング解析実行部12aは、回路接続情報21、回路RC情報22、ばらつき範囲情報23、ばらつき統計値情報24およびセンター解析用遅延計算ライブラリ25を参照することで統計的静的タイミング解析を実行し、その結果得られたクリティカルパスの情報をクリティカルパス情報保存部13に保存するとともに、(1)式のスラック値線形和表現をスラック値線形和表現保存部14に保存する。
次に、ステップS4において、図1のパスタイミング解析実行部16aは、コーナ条件決定部15aにて決定されたコーナ条件でのクリティカルパスのスラック値を計算する。このスラック値は、ステップS3で求めたXiの値をXicornerとすると、以下の(3)式で表すことができる。
なお、図3のフローチャートでは、統計的静的タイミング解析にて選択された全クリティカルパスに対してスラック値を計算する方法について示したが、このスラック値の計算は、(3)式に示すように、符号判定と単純な加減算と乗算にて実行することができ、ステップS1の統計的静的タイミング解析に比べて無視できる程度に小さな実行時間であるため、タイミング解析全体の実行時間に与える影響は無視することができる。
図4は、本発明の第2実施形態に係る統計的タイミング解析装置の概略構成を示すブロック図である。
図4において、統計的タイミング解析装置11bには、図1のパスタイミング解析実行部16aの代わりにパスタイミング解析実行部16bが設けられている。図1のパスタイミング解析実行部16aは、センター解析用遅延計算ライブラリ25から素子の遅延値を求めるのに対し、パスタイミング解析実行部16bは、コーナ解析用遅延計算ライブラリ26から素子の遅延値を求めることができる。ここで、コーナ解析用遅延計算ライブラリ26は、範囲で扱うばらつき要因X1、X2、・・・、Xmに対して、ベスト条件およびワースト条件の全ての組み合わせの遅延計算ライブラリの集合である。例えば、範囲で扱うばらつきパラメータが3つの場合には、23=8つの条件の遅延計算ライブラリの集合となる。
図5において、範囲で扱うばらつき要因が3つあり、各要因についての最大値をX1max、X2max、X3max、各要因についての最小値をX1min、X2min、X3minとすると、コーナ解析用遅延計算ライブラリ26には、これら最小値および最大値の全ての組み合わせの8つの条件のコーナ解析用遅延計算ライブラリ26a〜26hを設けることができる。
ここで、コーナ解析用遅延計算ライブラリ26a〜26hから求められる遅延値dは、範囲で扱うばらつき要因X1、X2、・・・、Xmはばらつきとして扱わないようにすることができ、この遅延値dは以下の(5)式で表すことができる。
図6において、ステップS11では、図4の統計的静的タイミング解析実行部12aは、回路接続情報21、回路RC情報22、ばらつき範囲情報23、ばらつき統計値情報24およびセンター解析用遅延計算ライブラリ25を参照することで統計的静的タイミング解析を実行し、その結果得られたクリティカルパスの情報をクリティカルパス情報保存部13に保存するとともに、(1)式のスラック値線形和表現をスラック値線形和表現保存部14に保存する。
次に、ステップS15において、図4のパスタイミング解析実行部16bは、ステップS14で選択されたコーナ解析用遅延計算ライブラリ26a〜26hを使用してタイミング解析を行うことで、コーナ条件決定部15aにて決定されたコーナ条件でのクリティカルパスのスラック値を計算する。なお、このスラック値は、以下の(6)式で表すことができる。
このように、上述した第2実施形態では、パスタイミング解析実行部16bは、図5のコーナ解析用遅延計算ライブラリ26a〜26hを用いることにより、コーナ条件に対応した遅延値に基づいてスラック値を計算することができ、センター解析用遅延計算ライブラリ25を用いた場合に比べて解析精度を向上させることができる。
図7−1において、スラック値が範囲で扱うばらつき要因X1、X2、・・・、Xmの線形和で表されているため、図1のセンター解析用遅延計算ライブラリ25を用いると、範囲で扱うばらつき要因Xiに対して実際の遅延値が線形ではない場合には、計算誤差が発生する。
一方、図7−2において、図5のコーナ解析用遅延計算ライブラリ26a〜26hを用いた場合、コーナ条件に対応した遅延値に基づいてスラック値を計算することができるため、計算誤差が発生せず、正確な計算結果を得ることができる。
図8は、本発明の第3実施形態に係る統計的タイミング解析装置の概略構成を示すブロック図である。
図8において、統計的タイミング解析装置11cには、図4のパスタイミング解析実行部16bの代わりにパスタイミング解析実行部16cが設けられるとともに、コーナ別パス数カウント部31、コーナ別パス数保存部32、回路全体タイミング解析実行部34および回路全体解析結果保存部35が別途設けられている。
ここで、コーナ別パス数カウント部31は、コーナ条件決定部15aにて決定されたコーナ条件ごとのパス数をカウントすることができる。コーナ別パス数保存部32は、コーナ別パス数カウント部31にてカウントされたコーナ別のパス数を保存することができる。回路全体タイミング解析実行部34は、タイミング解析される回路全体のタイミング解析を実行することができる。回路全体解析結果保存部35は、回路全体タイミング解析実行部34にて解析されたタイミング解析結果を保存することができる。
そして、コーナ条件決定部15aは、統計的静的タイミング解析実行部12aにて求められたクリティカルパスのスラック値線形和表現をスラック値線形和表現保存部14から読み出し、そのクリティカルパスのコーナ条件を決定し、コーナ別パス数カウント部31に出力する。
そして、レポート出力部18は、クリティカルパス情報保存部13に保存されたクリティカルパスの情報およびパス解析結果保存部17に保存されたそのクリティカルパスについてのスラック値または回路全体解析結果保存部35に保存された回路全体についてのスラック値を読み出し、タイミングレポート19として出力する。なお、回路全体タイミング解析とパスタイミング解析で異なるのは解析時間のみであり、クリティカルパスについてのスラック値と回路全体についてのスラック値とは同じであることから、回路全体タイミング解析とパスタイミング解析のいずれを用いた場合においても、同一の出力を得ることができる。
図9において、ステップS21では、図8の統計的静的タイミング解析実行部12aは、回路接続情報21、回路RC情報22、ばらつき範囲情報23、ばらつき統計値情報24およびセンター解析用遅延計算ライブラリ25を参照することで統計的静的タイミング解析を実行し、その結果得られたクリティカルパスの情報をクリティカルパス情報保存部13に保存するとともに、(1)式のスラック値線形和表現をスラック値線形和表現保存部14に保存する。
次に、ステップS24において、コーナ別パス数カウント部31は、コーナ条件カウンタをインクリメントし、ステップS25において、未選択のクリティカルパスがある場合にはステップS22に戻り、未選択のクリティカルパスがなくなるまで以上の処理を繰り返す。
次に、ステップS34において、未選択のクリティカルパスがある場合にはステップS32に戻り、未選択のクリティカルパスがなくなるまで以上の処理を繰り返す。
このように、上述した第3実施形態では、コーナ別のパス数に応じて回路全体タイミング解析とパスタイミング解析とを使い分けることで、パスタイミング解析のうち、より実行時間の短い解析方法を選択することができ、タイミング解析全体にかかる時間を短くすることができる。
図10において、範囲で扱うばらつき要因が3つあり、各要因についての最大値をX1max、X2max、X3max、各要因についての最小値をX1min、X2min、X3minとすると、図8のコーナ別パス数カウント部31では、例えば、(X1max、X2max、X3min)というコーナ条件ではパス数が3、(X1min、X2max、X3max)というコーナ条件ではパス数が1、(X1min、X2min、X3max)というコーナ条件ではパス数が125とカウントすることができる。
そして、例えば、図9のステップS28の閾値が100であるとすると、(X1max、X2max、X3min)および(X1min、X2min、X3max)というコーナ条件では、ステップS29の回路全体タイミング解析を実行し、(X1min、X2minx、X3max)というコーナ条件では、ステップS33のパスタイミング解析を実行することができる。
図11において、回路全体タイミング解析はパス数に関係なくほぼ一定の実行時間であるのに対し、パスタイミング解析はパス数に比例する実行時間を必要とする。このため、コーナ別のパス数が閾値を超える場合には、回路全体タイミング解析の実行時間の方がパスタイミング解析の実行時間よりも短くなることから、回路全体タイミング解析を選択することで、タイミング解析全体の実行時間を短縮することができる。
図12は、本発明の第4実施形態に係る統計的タイミング解析装置の概略構成を示すブロック図である。
図12において、統計的タイミング解析装置11dには、図1の統計的静的タイミング解析実行部12aの代わりに統計的静的タイミング解析実行部12bが設けられ、スラック値統計情報保存部41およびスラック値線形和表現生成部42が別途設けられている。
ここで、統計的静的タイミング解析実行部12bは、半導体集積回路の統計的静的タイミング解析に基づいて、n個のばらつき要因が統計的に考慮された統計的スラック値としてスラック値統計情報を計算することができる。
なお、スラック値統計情報を用いた統計的スラック値sは、以下の(7)式で表すことができる。
なお、(1)式のsiおよびsn+1を、以下の(8)式のように置くと、スラック値統計情報をスラック値線形和表現に変換することができる。
次に、ステップS43において、図12のコーナ条件決定部15aは、クリティカルパス情報保存部13に保存されたクリティカルパスから、未選択のクリティカルパスを1つ選択する。そして、ステップS44において、コーナ条件決定部15aは、そのクリティカルパスについてのスラック値線形和表現からコーナ条件として(1)式のΔX1・・・ΔXmの値を決定する。
次に、ステップS46において、未選択のクリティカルパスがあるかどうかを判断し、未選択のクリティカルパスがある場合にはステップS43に戻り、未選択のクリティカルパスがなくなるまで以上の処理を繰り返す。そして、ステップS47において、図12のレポート出力部18は、ステップS45で求められたスラック値をタイミングレポート19として出力することができる。
なお、上述した第4実施形態では、センター解析用遅延計算ライブラリ25を用いてスラック値を計算する方法について説明したが、図4のコーナ解析用遅延計算ライブラリ26を用いてスラック値を計算するようにしてもよい。また、図8に示すように、コーナ別のパス数をカウントし、そのコーナ別のパス数に応じて回路全体タイミング解析とパスタイミング解析とを使い分けるようにしてもよい。
図14は、本発明の第5実施形態に係る統計的タイミング解析装置の概略構成を示すブロック図である。
図14において、統計的タイミング解析装置11eには、図1の統計的静的タイミング解析実行部12aの代わりに統計的静的タイミング解析実行部12cが設けられ、スラック値線形和表現保存部14の代わりにスラック値2次式表現保存部51が設けられ、コーナ条件決定部15aの代わりにコーナ条件決定部15bが設けられている。
ここで、統計的静的タイミング解析実行部12cは、半導体集積回路の統計的静的タイミング解析に基づいて、n個のばらつき要因が統計的に考慮された統計的スラック値としてスラック値の2次式を計算することができる。スラック値2次式表現保存部51は、統計的静的タイミング解析実行部12cにて計算されたスラック値の2次式を保存することができる。ここで、スラック値の2次式を用いた統計的スラック値sは、以下の(9)式で表すことができる。
コーナ条件決定部15bは、スラック値2次式表現保存部51に保存されたスラック値の2次式に基づいて、クリティカルパスのコーナ条件を決定することができ、例えば、(9)式の統計的スラック値sが最小になるように、ばらつき要因Xiの平均値からのシフト量ΔXiを決定することができる。ここで、スラック値の2次式からコーナ条件を決定する方法として、以下の(10)式の最適化問題を解く方法を用いることができる。
図15において、ステップS51では、図14の統計的静的タイミング解析実行部12cは、回路接続情報21、回路RC情報22、ばらつき範囲情報23、ばらつき統計値情報24およびセンター解析用遅延計算ライブラリ25を参照することで統計的静的タイミング解析を実行し、その結果得られたクリティカルパスの情報をクリティカルパス情報保存部13に保存するとともに、(9)式のスラック値の2次式をスラック値2次式表現保存部51に保存する。
次に、ステップS54において、図14のパスタイミング解析実行部16aは、コーナ条件決定部15bにて決定されたコーナ条件でのクリティカルパスのスラック値を計算する。ここで、このスラック値の計算は、ステップS53にて導出されたばらつき要因Xiの平均値からのシフト量ΔXiを(9)式のスラック値の2次式表現に代入することにより行うことができる。
このように、上述した第5実施形態では、統計的スラック値をスラック値の2次式で表現することができ、スラック値の線形性が低い場合にもスラック値を精度良く求めることが可能となることから、タイミング解析の精度を向上させることができる。
Claims (5)
- 半導体集積回路の統計的静的タイミング解析を実行する統計的静的タイミング解析実行部と、
前記統計的静的タイミング解析結果に基づいて、n(nは2以上の整数)個のばらつき要因が統計的に考慮された統計的スラック値を計算し、前記統計的スラック値が最小になるように、前記半導体集積回路のコーナ条件を決定するコーナ条件決定部と、
前記コーナ条件に基づいて、前記半導体集積回路の静的タイミング解析を実行するパスタイミング解析実行部とを備えることを特徴とする統計的タイミング解析装置。 - 半導体集積回路の統計的静的タイミング解析に基づいて、n(nは2以上の整数)個のばらつき要因が統計的に考慮された統計的スラック値をコンピュータが計算するステップと、
前記統計的スラック値が最小になるように、前記半導体集積回路のコーナ条件をコンピュータが決定するステップと、
前記コーナ条件における静的タイミング解析に基づいて、前記半導体集積回路のスラック値をコンピュータが計算するステップとを備えることを特徴とする統計的タイミング解析方法。 - 半導体集積回路の統計的静的タイミング解析に基づいて、n(nは2以上の整数)個のばらつき要因が統計的に考慮された統計的スラック値をコンピュータが計算するステップと、
前記統計的スラック値に基づいて、前記半導体集積回路のクリティカルパスをコンピュータが選択するステップと、
前記統計的スラック値が最小になるように、前記クリティカルパスのコーナ条件をコンピュータが決定するステップと、
前記コーナ条件における静的タイミング解析に基づいて、前記クリティカルパスについてのスラック値をコンピュータが計算するステップとを備えることを特徴とする統計的タイミング解析方法。 - 半導体集積回路の統計的静的タイミング解析に基づいて、n(nは2以上の整数)個のばらつき要因が統計的に考慮された統計的スラック値をコンピュータが計算するステップと、
前記統計的スラック値に基づいて、前記半導体集積回路のクリティカルパスをコンピュータが選択するステップと、
前記統計的スラック値が最小になるように、前記クリティカルパスのコーナ条件をコンピュータが決定するステップと、
前記コーナ条件におけるクリティカルパス数をコンピュータが集計するステップと、
前記クリティカルパス数に基づいて、前記半導体集積回路全体を解析するコーナ条件をコンピュータが選択するステップと、
前記半導体集積回路全体を解析するコーナ条件に基づいて、前記半導体集積回路全体のスラック値をコンピュータが計算するステップと、
前記クリティカルパス数に基づいて、前記半導体集積回路のパス毎に解析するコーナ条件をコンピュータが選択するステップと、
前記半導体集積回路のパス毎に解析するコーナ条件に基づいて、前記半導体集積回路のパス毎のスラック値をコンピュータが計算するステップとを備えることを特徴とする統計的タイミング解析方法。 - 前記統計的スラック値が、スラック値の平均値部分、範囲で扱うばらつき要因に対する部分、前記範囲で扱うばらつき要因に対する感度部分を含み、前記範囲で扱うばらつき要因に対する感度部分の係数の符号が正の場合は前記ばらつき要因の最小値に設定し、前記感度部分の係数の符号が負の場合は前記ばらつき要因の最大値に設定することで前記コーナ条件を決定することを特徴とする請求項2から4のいずれか1項に記載の統計的タイミング解析方法。
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JP2006209702A (ja) * | 2005-01-31 | 2006-08-10 | Nec Electronics Corp | 半導体装置設計プログラム |
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