JPH04365350A - 論理素子配置方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、論理素子配置技術およ
び半導体集積回路に関し、特に、半導体集積回路におけ
る論理素子などの実装設計に適用して有効な技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、電子計算機などの構築に用い
られる論理集積回路などの実装設計技術としては、従来
、たとえば、電子情報通信学会技術報告ｖｏｌ．８９　
　Ｎｏ．４０７「セル敷詰め型ゲートアレイにおける機
能ブロック配置の一手法」で述べられているように、チ
ップを構成する論理素子をチップ上で矩形領域となるよ
うに組み合わせてクラスタを構成し、配線密度が低くな
るように各クラスタを配置することが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、消費
電力に関する考慮がなされていないため、単位時間当た
りの電流密度が高くなるような論理素子が１ヶ所に集中
することがある。このような半導体集積回路を頻繁に長
期に渡って使用するとエレクトロマイグレーションによ
る電源給電線などの断線が懸念され、信頼性低下の一因
となるという問題がある。

【０００４】そこで、本発明の目的は、半導体集積回路
の各電源給電線単位の消費電力を制限値以下となるよう
に論理素子を配置することによって各電源給電線の電流
密度が制限値よりも高くなることを回避し、エレクトロ
マイグレーションなどによる断線を防止することが可能
な論理素子配置技術を提供することにある。

【０００５】本発明の他の目的は、エレクトロマイグレ
ーションなどによる断線を確実に防止して、信頼性を向
上させた半導体集積回路を提供することにある。

【０００６】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【０００８】すなわち、本発明の論理素子配置方法は、
半導体集積回路の論理素子配置方法であって、半導体集
積回路を構成する各論理素子の消費電力を把握する第１
の段階と、所定の給電範囲毎に各論理素子の組み合わせ
を行う第２の段階と、この第２の段階において組み合わ
せた論理素子群の消費電力を計算し、計算値が所定の制
限値以下か否かによって給電範囲における論理素子の組
み合わせの可否を判定する第３の段階と、この第３の段
階において可と判定された論理素子の組み合わせを当該
給電範囲に配置する第４の段階とを、少なくとも一部の
給電範囲について繰り返すようにしたものである。

【０００９】また、本発明の論理素子配置方法は、半導
体集積回路の論理素子配置方法であって、論理素子が配
置された状態で各電源給電線単位の消費電力を計算し、
計算値が予め設定されている電源給電線単位の制限値を
超過している電源給電線の配下の論理素子を、制限値を
超過していない他の電源給電線の配下に移動させるもの
である。

【００１０】また、本発明の論理素子配置装置は、半導
体集積回路を構成する各論理素子の消費電力を計算する
第１の手段と、所定の給電範囲毎に論理素子の組み合わ
せを行う第２の手段と、この第２の手段において組み合
わせた論理素子群の消費電力を計算し、計算値が所定の
制限値以下か否かによって論理素子の組み合わせの可否
を判定する第３の手段と、この第３の手段において可と
判定された論理素子の組み合わせを給電範囲に配置する
第４の手段とを備えたものである。

【００１１】また、本発明の半導体集積回路は、少なく
とも論理素子を集積してなる半導体集積回路であって、
各電源給電線の給電範囲毎に消費電力の制限値を設定し
、この制限値以下となるように各電源給電線の給電範囲
に論理素子を配置してなるものである。

【００１２】

【作用】上記した請求項１記載の本発明の論理素子配置
方法によれば、まず、目的の半導体集積回路の論理構築
に用いられる全種類の論理素子の消費電力を個別に把握
した後、各電源給電線の給電範囲内の論理素子の組み合
わせを行い、さらに、当該論理素子の組み合わせにおけ
る消費電力の積算を行うとともに、当該積算値が当該電
源給電線による給電可能か否かを判断し、給電能力の範
囲内であれば論理素子の配置を行う、という手順を繰り
返すので、半導体集積回路内のすべての電源給電線にお
いて、当該電源給電線毎の給電範囲に属する論理素子群
の消費電力が、当該電源給電線の許容電流値を超過する
懸念がなくなり、過大な電流が特定の電源給電線に集中
することによって発生するエレクトロマイグレーション
などに起因する断線を確実に防止することができる。

【００１３】また、上記した請求項２記載の本発明の論
理素子配置方法によれば、まず、適当な方法で、各電源
給電線の給電範囲毎に論理素子群を配置した後、各給電
範囲毎に当該給電範囲に属する論理素子群の消費電力の
積算値が当該電源給電線における許容電流値などに基づ
いて設定された制限値を超過するか否かを調べ、超過し
ている場合には、余裕のある他の給電範囲に一部の論理
素子を移すので、各給電範囲毎の消費電力が制限値以下
に均一化される。これにより、特定の電源給電線に過大
な電流が集中することなどに起因する断線の発生を未然
に防止することができる。

【００１４】また、本発明の論理素子配置装置によれば
、まず、第１の手段によって、目的の半導体集積回路の
論理構築に用いられる全種類の論理素子の消費電力を個
別に把握した後、第２の手段によって各電源給電線の給
電範囲内の論理素子の組み合わせを行い、さらに、第３
の手段において当該論理素子の組み合わせにおける消費
電力の積算を行うとともに、および当該積算値が当該電
源給電線による給電可能か否かを判断し、給電能力の範
囲内であれば、第４の手段によって論理素子の配置を行
う、という処理を遂行することができる。これにより、
半導体集積回路内のすべての電源給電線毎の給電範囲に
属する論理素子群の消費電力が、当該電源給電線の許容
電流値を超過する懸念がなくなり、過大な電流が特定の
電源給電線に集中することによって発生するエレクトロ
マイグレーションなどに起因する断線を確実に防止する
ことができる。

【００１５】また、本発明の半導体集積回路によれば各
給電範囲における論理素子群の消費電力が、当該給電範
囲に許容された消費電力以下となるように配慮されてい
るので、過大な電流が電源給電線を流れることによって
発生するエレクトロマイグレーションなどに起因する断
線が確実に防止され、動作の信頼性が確実に向上する。

【００１６】

【実施例１】以下、本発明の一実施例である論理素子配
置方法および装置、さらには半導体集積回路を図を用い
て具体的に説明する。

【００１７】図１は、本発明の一実施例である論理素子
配置装置の構成を模式的に示すブロック図であり、図２
は、本実施例の半導体集積回路の構成の一例を模式的に
示す平面図である。

【００１８】まず、図１を参照しながら本実施例の論理
素子配置装置の構成を説明する。

【００１９】１は半導体集積回路の論理情報を格納した
論理ファイル、２は半導体集積回路上の論理素子の単位
時間当たりの消費電力及び回路がアクティブになる割合
を予め計算した値を格納した消費電力定義ファイル、３
は半導体集積回路の電源給電線の情報とその電源給電線
の給電箇所を定義する情報を格納した電源モデルファイ
ル、４は半導体集積回路の動作周波数と各給電線当たり
の消費電力の制限値を格納した配置条件ファイル、５は
本実施例の論理素子配置装置、６は配置結果を格納する
配置結果ファイルである。

【００２０】本実施例の論理素子配置装置５は、ファイ
ル入力手段７と、消費電力計算手段８と、組合決定手段
９と、給電可否判断手段１０と、配置決定手段１１と、
配置結果出力手段１２とを含んでいる。

【００２１】ファイル入力手段７は、論理ファイル１，
消費電力定義ファイル２，電源モデルファイル３，配置
条件ファイル４の各ファイルを読み取り、論理素子配置
装置５の図示しない内部記憶装置にそれぞれの情報を格
納する動作を行い、消費電力計算手段８は、ファイル入
力手段７によって図示しない内部記憶装置に格納された
情報を基に、各論理素子毎に予め定義された単位時間当
たりの消費電力と回路がアクティブになる割合と動作周
波数のパラメタより各論理素子の消費電力を計算する動
作を行う。

【００２２】組合決定手段９では目的の半導体集積回路
の論理を構成する論理素子のうちまだ組合せの定まって
いない論理素子の集合（未処理集合ＳＸ）から任意の論
理素子を取り出し、取り出した論理素子が、任意の給電
範囲Ｇｊに関して今求めようとしている組合せの集合（
確定集合ＳＧｊ）に追加可能である場合その集合内に追
加可能か否かを、給電可否判断手段１０で判断させ、追
加可能である場合には追加するという動作を行う。

【００２３】配置決定手段１１では組合決定手段９で出
来た論理素子の組合せ（確定集合ＳＧｊ）を基に論理素
子の配置を決定する動作を行う。また、配置結果出力手
段１２では、配置決定手段１１によって決定した配置結
果を配置結果ファイル６に出力する。

【００２４】図２の本実施例における半導体集積回路Ｘ
の略図によって、図１に示す論理素子配置装置５によっ
て取り扱う、当該半導体集積回路Ｘに関する電源モデル
と消費電力の制限値について説明する。

【００２５】半導体集積回路Ｘには、複数の電源幹線１
３が所定の間隔で敷設されており、個々の電源幹線１３
からは、複数の電源給電線１４が分岐して敷設されてい
る。

【００２６】そして、電源幹線１３間の間に位置する複
数のセル列１４ａの各々に対して、電源幹線１３から分
岐して当該セル列１４ａ上を通る電源給電線１４より、
個々のセル列１４ａを構成する各論理素子に給電する。 そして、給電範囲Ｇｊとは、電源幹線１３で挾まれ、各
電源給電線１４の配下にあるセル列１４ａの内部である
。これらの個々のセル列１４ａ内に含まれる論理素子群
の消費電力を、たとえば各電源給電線１４に許容される
所定の制限値以下とすることが本実施例の論理素子配置
方法および論理素子配置装置５の処理の目的である。

【００２７】以下、図３のフローチャートなどを参照し
ながら、本実施例の論理素子配置方法および論理素子配
置装置５の作用の一例を説明する。

【００２８】尚、簡単な為に、以下の説明では、消費電
力の制限以外の配置状の制約条件は各組合せ（セル列１
４ａ）に属する論理素子Ｃｉの長さ（セル長Ｌｉ）の総
和がセル列長以下であることのみとし、また各セル列１
４ａの長さはすべて等しくＬ０であるものとする。論理
素子Ｃｉの消費電力はＰｉであり、各組合せ内部の消費
電力の総和を、Ｐ０とすることが解決しようとする問題
であるものとする。

【００２９】論理素子の組合せを作る手段は次の各ステ
ップより構成される。

【００３０】１５：半導体集積回路Ｘを構成するすべて
の論理素子を未処理集合ＳＸに入れる。

【００３１】１６：給電範囲Ｇｊ（一つのセル列１４ａ
）を選択する。

【００３２】１７：組み合わせの決定試行動作において
不採用となった論理素子Ｃｉが入る試行済集合ＳＤ、組
み合わせに採用された論理素子Ｃｉが入る確定集合ＳＧ
ｊおよび消費電力の総和が格納される変数Ｐ、セル長Ｌ
ｉの積算値が格納される変数Ｌなどを初期化する。

【００３３】１８：未処理集合ＳＸが空か否かを判定す
る。

【００３４】未処理集合ＳＸ　　＝　　｛｝→　　現在
の給電範囲Ｇｊに関する組み合わせ決定の試行不可また
は試行完了 ステップ２６へ進む。

【００３５】未処理集合ＳＸ　　≠　　｛｝→　　試行
可能ステップ１９へ進む。

【００３６】１９：未処理の論理素子の集合中より１つ
論理素子Ｃｉを取り出す。

【００３７】２０：Ｃｉの長さＬｉを処理中の組合せの
長さの総和Ｌに加える。

【００３８】２１：セル長に関する制約を満たすか否か
調べる。

【００３９】Ｌ＋Ｌｉ　　≦　　　　Ｌ０　　　　→　
　組合せ可能ステップ２２へ進む Ｌ＋Ｌｉ　　＞　　　　Ｌ０　　　　→　　組合せ不可
Ｌの値を直前の値に戻し（ステップ３１）、ステップ１
５で取り出した論理素子Ｃｉを未処理集合ＳＸより削除
し試行済集合ＳＤに追加する（ステップ３０）。

【００４０】ステップ１８へ戻る。

【００４１】２２：組合せ内の消費電力の総和Ｐを計算
する。

【００４２】２３：消費電力の総和Ｐより給電可否判断
手段１０によって給電可否を調べる。

【００４３】給電可能（Ｐ≦Ｐ０）　　→　　ステップ
２４へ進む。

【００４４】給電不能（Ｐ＞Ｐ０）　　→　　消費電力
の積算値Ｐを直前の値に戻し（ステップ３２）、Ｌを直
前の値に戻し（ステップ３１）ステップ１９で取り出し
た論理素子を未処理集合ＳＸより削除し、試行済集合Ｓ
Ｄに追加する（ステップ３０）。

【００４５】ステップ１８へ戻る。

【００４６】２４：ステップ１９で取り出した論理素子
Ｃｉを未処理集合ＳＸより削除し、求める組合せ（確定
集合ＳＧｊ）に追加する。

【００４７】２５：セル長の総和Ｌが設定値Ｌ０になっ
たか、または消費電力の積算値Ｐが設定値Ｐ０になった
か、すなわち、現在の給電範囲Ｇｊに関する組み合わせ
が完了したか否かを判定する。

【００４８】現在の給電範囲Ｇｊの組合せ完了　　　　
→　　ステップ２６へ 現在の給電範囲Ｇｊの組合せ未完了　　→　　ステップ
１８へ ２６：次の給電範囲Ｇｊ＋１に関する組み合わせ決定の
試行に備えて、試行済集合ＳＤを未処理集合ＳＸに戻す
。

【００４９】２７：未処理集合ＳＸが空集合か否かを調
べる。

【００５０】未処理集合ＳＸ　　≠　　｛｝　　→　　
ステップ２８へ進む。

【００５１】未処理集合ＳＸ　　＝　　｛｝　　→　　
全給電範囲Ｇｊに関する組み合わせ処理は完了。

【００５２】２８：現在の給電範囲Ｇｊは最後のものか
、すなわち、未だ未決定の給電範囲Ｇｊがあるか否かを
調べる。

【００５３】まだ未処理の給電範囲Ｇｊがある　　→　
　ステップ１６へ進んで次の給電範囲Ｇｊに関する試行
を開始する。

【００５４】未処理の給電範囲Ｇｊはない　　　　　　
→　　ステップ２９へすすむ。

【００５５】２９：最後の給電範囲Ｇｊに関する試行が
完了した後も未処理集合ＳＸが｛｝でない場合、給電範
囲Ｇｊの選択順序および未処理集合ＳＸからの論理素子
Ｃｉの選出方法などを変更して、ステップ１５に進んで
、一部または全部の給電範囲Ｇｊに関する組み合わせ試
行をやり直す。

【００５６】以上の処理を行うことにより、半導体集積
回路Ｘを構成するセル列１４ａ群のいずれにおいても、
当該セル列１４ａ（給電範囲Ｇｊ）に含まれる論理素子
群の消費電力が、当該セル列１４ａに給電する電源給電
線１４毎に許容された所定の制限値Ｐ０を超過すること
がない。

【００５７】このため、たとえば特定の電源給電線１４
に過大な電流が集中することなどによって発生するエレ
クトロマイグレーションに起因する断線などの障害が確
実に回避され、半導体集積回路Ｘの動作の信頼性が向上
する。

【００５８】

【実施例２】次に本発明の別の実施例を説明する。図４
は、本実施例２の論理素子配置方法の一例を示すフロー
チャートである。

【００５９】この実施例における配置に関する制約条件
は先の実施例１の場合と同様である。また、任意の方法
によって予め論理素子の配置が決定されているものとす
る。

【００６０】この実施例２は４１〜４５の５ステップよ
り構成される。

【００６１】４１：各電源給電線の給電範囲内部に存在
する論理素子の消費電力の総和を求める。

【００６２】４２：ステップ４１で求めた各給電範囲当
たりの消費電力和が制限値を超過している給電範囲を調
べる。

【００６３】４３：ステップ４１で求めた各給電範囲当
たりの消費電力和が制限値未満の給電範囲について、制
限値との差（余裕）を求める。

【００６４】４４：ステップ４２で消費電力和が制限値
を越すことが判った給電範囲に関し、その近傍の給電範
囲でステップ４３で求めた余裕の大きな給電範囲を交換
先候補として選択する。

【００６５】４５：任意の方法により、交換先の余裕が
０となるまで論理素子の交換を行う。

【００６６】このような、本実施例２の論理素子配置方
法によれば、半導体集積回路Ｘ内の、いずれの給電範囲
においても、当該給電範囲に含まれる論理素子の消費電
力の総和が所定の規定値を超過することがなくなり、各
給電範囲における消費電力のばらつきに起因する断線な
どの懸念が解消される。この結果、半導体集積回路Ｘの
動作の信頼性が向上する。

【００６７】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。

【００６８】たとえば、消費電力以外の、論理素子の配
置の基準となる制約条件としては、セル長などに限らず
、他の設計要素であってもよいことは言うまでもない。

【００６９】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００７０】すなわち、本発明の論理素子配置方法によ
れば、各電源給電範囲の内部の論理素子群の消費電力を
予め定めた制限値以下とすることが可能である。従って
、電源給電線を流れる電流密度を下げることが出来、エ
レクトロマイグレーションによる電源給電線の断線を防
止できるという効果が得られる。

【００７１】また、本発明の論理素子配置装置によれば
、各電源給電範囲の内部の論理素子群の消費電力を予め
定めた制限値以下とすることが可能である。従って、電
源給電線を流れる電流密度を下げることが出来、エレク
トロマイグレーションによる電源給電線の断線を防止で
きるという効果が得られる。

【００７２】また、本発明の半導体集積回路によれば、
各給電範囲における論理素子群の消費電力が、当該給電
範囲に許容された消費電力以下となるように配慮されて
いるので、過大な電流が電源給電線を流れることによっ
て発生するエレクトロマイグレーションなどに起因する
断線が確実に防止され、動作の信頼性が確実に向上する
、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である論理素子配置装置の構
成を模式的に示すブロック図である。

【図２】本発明の一実施例である半導体集積回路の構成
を模式的に示す平面図である。

【図３】本発明の一実施例である論理素子配置方法およ
び装置の作用の一例を説明するフローチャートである。

【図４】本発明の他の実施例である論理素子配置方法の
一例を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１　　論理ファイル ２　　消費電力定義ファイル ３　　電源モデルファイル ４　　配置条件ファイル ５　　論理素子配置装置 ６　　配置結果ファイル ７　　ファイル入力手段 ８　　消費電力計算手段 ９　　組合決定手段 １０　　給電可否判断手段 １１　　配置決定手段 １２　　配置結果出力手段 １３　　電源幹線 １４　　電源給電線 １４ａ　　セル列 Ｘ　　半導体集積回路 Ｃｉ　　論理素子 Ｇｊ　　給電範囲 Ｌｉ　　個々の論理素子Ｃｉのセル長 Ｐｉ　　個々の論理素子Ｃｉの消費電力Ｌ　　一つの給
電範囲Ｇｊに関する論理素子群の組み合わせ過程におけ
るセル長の総和 Ｌ０　　一つの給電範囲Ｇｊに含まれる論理素子群のセ
ル長の総和の設定値（制限値） Ｐ　　一つの給電範囲Ｇｊに関する論理素子群の組み合
わせ過程における消費電力の総和 Ｐ０　　一つの給電範囲Ｇｊに含まれる論理素子群の消
費電力の総和の設定値（制限値） ＳＤ　　試行済集合（試行時の組合わせに不採用の論理
素子Ｃｉの集まり） ＳＧｊ　　確定集合（給電範囲Ｇｊに含まれる論理素子
Ｃｉの集まり） ＳＸ　　未処理集合（組合わせ試行前の論理素子Ｃｉの
集まり）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　半導体集積回路の論理素子配置方法で
   あって、前記半導体集積回路を構成する各論理素子の消
   費電力を把握する第１の段階と、所定の給電範囲毎に前
   記各論理素子の組み合わせを行う第２の段階と、この第
   ２の段階において組み合わせた前記論理素子群の消費電
   力を計算し、計算値が所定の制限値以下か否かによって
   前記給電範囲における前記論理素子の組み合わせの可否
   を判定する第３の段階と、この第３の段階において可と
   判定された前記論理素子の組み合わせを前記給電範囲に
   配置する第４の段階とを、少なくとも一部の前記給電範
   囲について繰り返すことを特徴とする論理素子配置方法
   。
2. 【請求項２】　　半導体集積回路の論理素子配置方法で
   あって、所望の方法で論理素子を配置した状態で各電源
   給電線単位の消費電力を計算し、計算値が予め設定され
   ている電源給電線単位の制限値を超過している電源給電
   線の配下の論理素子を、前記制限値を超過していない他
   の電源給電線の配下に移動させることを特徴とする論理
   素子配置方法。
3. 【請求項３】　　半導体集積回路の論理素子配置装置で
   あって、前記半導体集積回路を構成する各論理素子の消
   費電力を計算する第１の手段と、所定の給電範囲毎に前
   記論理素子の組み合わせを行う第２の手段と、この第２
   の手段において組み合わせた前記論理素子群の消費電力
   を計算し、計算値が所定の制限値以下か否かによって前
   記論理素子の組み合わせの可否を判定する第３の手段と
   、この第３の手段において可と判定された前記論理素子
   の組み合わせを前記給電範囲に配置する第４の手段とを
   備えたことを特徴とする論理素子配置装置。
4. 【請求項４】　　少なくとも論理素子を集積してなる半
   導体集積回路であって、各電源給電線の給電範囲毎に消
   費電力の制限値を設定し、前記制限値以下となるように
   各電源給電線の給電範囲に前記論理素子を配置してなる
   ことを特徴とする半導体集積回路。