JPH11251439A - クロックバッファ配置方法 - Google Patents
クロックバッファ配置方法Info
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Abstract
ロックスキューを防止できるようにする。 【解決手段】 クロックバッファ初期配置工程S01に
おいて、階層構造のうちの第0段のクロックバッファを
電源幹線に隣接する位置に配置した後、クロックバッフ
ァ配置工程S02において、2段目以降(第1段から第
n−1段まで)のクロックバッファを配置する。クロッ
クバッファ配置工程S02はマンハッタン距離計算工程
S02aと対象クロックバッファ配置工程S02bとか
らなり、マンハッタン距離計算工程S02aは、前段の
クロックバッファの出力端子と処理の対象である当該ク
ロックバッファの入力端子とのマンハッタン距離を計算
し、対象クロックバッファ配置工程S02bは、この座
標列の中から電源配線と隣接する位置を求めて配置す
る。
Description
論理回路におけるクロック供給用のクロックバッファ配
置方法に関する。
ック設計にあっては、クロック信号の同期ずれであるク
ロックスキューを低減させるためにクロックバッファを
どのように配置するかが問題となる。この問題を解決す
るため、従来は、クロック信号パッドからフリップフロ
ップ等のクロック入力端子までのクロックバッファの段
数をそれぞれ等しくするクロックツリー方式と呼ばれる
方法がある。また、この方法を進化させた方式であっ
て、各クロックバッファから次段のクロックバッファま
での配線長又は各クロックバッファからフリップフロッ
プ等のクロック入力端子までの配線長がそれぞれ等しく
なる位置にクロックバッファを配置することにより、ク
ロック信号パッドからセルまでのクロック配線ごとの寄
生素子(抵抗、容量及びインダクタンス)の量を大まか
に合わせるバランスドクロックツリー方式と呼ばれる方
法がある。
プロセスの微細化及び配線層の多層化に伴い、該配線層
を構成するメタル配線がますます薄膜化されることによ
って配線抵抗が増大し、該配線抵抗が信号配線だけでな
く電源配線においても重要な設計要素となっており、従
来のクロックバッファ配置方式では対応できない問題が
発生している。
電位を供給する電源配線の設計においては、回路の消費
電流と電源配線の寄生素子とにより電源配線の電圧変動
が発生する。特に、動作周波数が数百MHzを超える集
積回路においては、配線抵抗に起因する電圧降下と該電
圧降下に起因する遅延の劣化とが顕著になる。
きいトランジスタを用いて構成されているため、その消
費電流も大きく、電源配線の抵抗による電圧降下も大き
くなるので、クロックバッファと同一の電源配線に接続
されている他の回路は電源電圧降下の影響によって遅延
が大きくなる。また、クロックバッファ自体も電源電圧
降下の影響を受けるため、各クロックバッファ間で動作
速度にばらつきが生じ、従来のクロックツリー方式では
十分にクロックスキューを防止できないという問題があ
る。
配線の電圧降下量を低減できると共にクロックスキュー
を防止できるようにすることを目的とする。
め、本発明は、クロックバッファを電源線に沿って配置
すると共に、クロックツリー構造を採用する場合には、
クロックバッファ間の配線長を同一とするように配置す
る構成とする。
方法は、論理回路に含まれる複数のセルにクロック信号
を供給するためのクロックバッファを配置するクロック
バッファ配置方法であって、クロックバッファを複数の
セルのいずれのセルよりも電源線に近い位置に配置する
配置工程を備えている。
と、消費電流が相対的に大きいクロックバッファを複数
のセルのいずれのセルよりも電源線に近い位置に配置す
るため、複数のクロックバッファを配置する際にはクロ
ックバッファ間で遅延時間の差が生じない。
方法は、論理回路に含まれる複数のセルにクロック信号
を供給するためのツリー状の階層構造を持つ複数のクロ
ックバッファを配置するクロックバッファ配置方法であ
って、階層構造の階層ごとに、複数のクロックバッファ
を、一の階層に属するクロックバッファと該一の階層の
前の階層である他の階層に属する複数のクロックバッフ
ァとの各マンハッタン距離がいずれも同一となるように
電源線に沿ってそれぞれ配置する配置工程を備えてい
る。
と、ツリー状の階層構造の階層ごとに、複数のクロック
バッファを、一の階層に属するクロックバッファと該一
の階層の前の階層である他の階層に属する複数のクロッ
クバッファとの各マンハッタン距離がいずれも同一とな
るように電源線に沿ってそれぞれ配置するため、各クロ
ックバッファ間の配線長が等しくなることからクロック
スキューを低減でき、各クロックバッファが電源線の近
傍に配置されることから電圧降下を抑制できる。
方法は、論理回路に含まれる複数のセルにクロック信号
を供給するためのツリー状の階層構造を持つ複数のクロ
ックバッファを配置するクロックバッファ配置方法であ
って、階層構造の階層ごとに、一の階層に属するクロッ
クバッファを、該一の階層の前の階層である他の階層に
属するクロックバッファが配置されている電源線と隣り
合う電源線に沿って、且つ、一の階層に属するクロック
バッファと他の階層に属する複数のクロックバッファと
の各マンハッタン距離がいずれも同一となるように配置
する配置工程を備えている。
と、ツリー状の階層構造の階層ごとに、一の階層に属す
るクロックバッファを、該一の階層の前の階層に属する
クロックバッファが配置されている電源線と隣り合う電
源線に沿って配置するため、クロックバッファを特定の
電源線に集中することなくレイアウト面の全体に分散さ
せることができる。また、各クロックバッファ間の配線
長を等しくできると共に、各クロックバッファが電源線
の近傍に配置されるので電圧降下を抑制できる。
の実施形態を図面に基づいて説明する。
するため、電源配線の寄生素子を抵抗成分のみとして考
える。
スタンダードセル)の消費電流と電源配線の電圧降下と
の関係について説明する。図1は電源配線に接続された
3つの標準セルの等価回路を示している。各標準セル間
に敷設されている電源配線はそれぞれ同一の配線長及び
配線幅を有しているとし、これにより各配線抵抗は等し
いとする。
とし、各標準セルの電源配線の接続点の電圧を電源幹線
側から順にV1 ,V2 ,V3 とすると、これらは以下に
示す式(1),(2)及び(3)のように表わされる。
1 は、各標準セルの消費電流の総和に比例して電圧降下
が発生することが分かり、一方、式(3)に示すよう
に、電源幹線から最も離れた位置にある接続点の電位V
3 は、I2 及びI3に示す消費電流が大きくなるほど電
圧降下が大きくなり、その結果遅延時間の劣化が大きく
なることが分かる。これにより、電源幹線から離れて配
置されたセルの電流量ほど電源配線の電圧降下に与える
影響が大きくなるため、逆に、消費電流が相対的に大き
いセルを電源幹線の近傍に配置すれば電源線の電圧降下
が小さくなって、一の電源線に接続された回路の遅延時
間の劣化を抑制することができる。
クロックバッファには、フリップフロップやラッチのク
ロック入力端子及び配線等の大きな容量負荷や大きな抵
抗負荷が接続されており、その充放電のためにクロック
バッファの消費電流は必然的に大きくなる。図1に示す
電源配線の電圧降下とセル配置との関係から、同一の駆
動能力、同一の容量又は同一の抵抗負荷が接続されてい
たとしても、電源幹線からの距離によって各クロックバ
ッファ間の遅延時間に差が生じるためクロックスキュー
が発生する。クロックバッファの電圧降下による遅延変
動とクロックスキューの増加とを回避するためには、ク
ロックバッファを標準セルよりも電源幹線側に配置した
方がよい。また、このようにすると、クロックバッファ
よりも消費電流が小さい標準セルが電源幹線から遠くな
るため、電源線の電圧降下の影響を受けにくくなるの
で、回路遅延の変動を小さくできる。
ックバッファ配置方法を用いたセルの部分レイアウトを
示している。図2に示すように、レイアウト上に設けら
れた電源線及び接地線からなる電源幹線11と、該電源
幹線11と直交し電源線及び接地線からなる第1の電源
配線12及び第2の電源配線13とが配置されている。
第1の電源配線12には第1のセル列14が配置され、
第2の電源配線13には第2のセル列15が配置されて
いる。第1のセル列14は、電源幹線11側からクロッ
クバッファ1、セル1及びセル2の順に第1の電源配線
12と接続されており、第2のセル列15は、電源幹線
11側からクロックバッファ2、セル3及びセル4の順
に第2の電源配線13と接続されている。ここで、第1
の電源配線12と第2の電源配線13とは標準セル中の
電源配線敷設領域を用いている。
と、消費電流が相対的に大きいクロックバッファをいず
れのセルよりも電源幹線側に配置するため、各電源配線
の電圧降下による回路遅延変動を回避することができる
ので、クロックスキューの発生を抑制できる。また、ク
ロックバッファ以外の標準セルに供給する電源配線の電
圧降下量が少なくなるため、回路全体の遅延時間変動を
小さくできる。
実施形態を図面に基づいて説明する。
ックバッファ配置方法の処理フローを表わしている。本
実施形態においては、各クロックバッファ間の配線長を
均等にしてクロックスキューの発生をさらに減少させ
る。ここでは、レイアウトの対象とする論理回路ブロッ
クに対するクロック信号の供給方式に、第0段から第n
−1段までのn段(但し、nは正の整数とする。)のク
ロックバッファからなるツリー状の階層構造を持つクロ
ックツリーを用いる。
ァ初期配置工程S01において、階層構造の第0段のク
ロックバッファを電源幹線に隣接する位置に配置した
後、クロックバッファ配置工程S02において、2段目
以降(第1段から第n−1段まで)のクロックバッファ
を配置する。クロックバッファ配置工程S02はマンハ
ッタン距離計算工程S02aと対象クロックバッファ配
置工程S02bとからなる。マンハッタン距離計算工程
S02aは、前段のクロックバッファの出力端子と処理
の対象である当該クロックバッファの入力端子とのマン
ハッタン距離を計算する。すなわち、レイアウト平面を
xy座標にとると、前段のクロックバッファの出力端子
のx座標及び当該クロックバッファの入力端子のx座標
の差の絶対値と、前段のクロックバッファの出力端子の
y座標及び当該クロックバッファの入力端子のy座標の
差の絶対値との和が均等となる座標列を計算し、その
後、対象クロックバッファ配置工程S02bは、この座
標列の中から電源配線と隣接する位置を求めて配置す
る。
力端子からの各マンハッタン距離が同一で且つ電源幹線
と隣接する位置が決定される。
ックツリーの段数を判定し、最後の第n−1段になるま
でクロックバッファ配置工程S02の処理を繰り返す。
配置方法を用いたクロックバッファの部分レイアウトを
示している。図4に示すように、一例として、n段のク
ロックツリーのうちの3段までを示し、第1の電源幹線
21、第2の電源幹線22及び第2の電源幹線23が所
定の間隔をおいて互いに平行に配置されている。なお、
各電源幹線21〜23に垂直な方向に配置される電源配
線は、標準セル中の電源配線敷設領域を用いているため
図示していない。
ックツリーの構成方法とを具体的に説明する。まず、初
期クロックバッファ配置工程S01において、第0段の
クロックバッファ30を回路ブロックの中央部付近に位
置する第1の電源幹線21の近傍に配置する。次に、ク
ロックバッファ配置工程S02において、第0段のクロ
ックバッファ30からのマンハッタン距離がそれぞれ同
一の距離となり且つ各電源幹線22,23と隣接する位
置に、処理の対象段である4つの第1段のクロックバッ
ファ31をそれぞれ配置する。ここで、図4に示す破線
24は、第0段のクロックバッファ30から第1段のク
ロックバッファ31までの各マンハッタン距離が同一と
なる位置を表わしている。
32とし、第1段のクロックバッファ31からのマンハ
ッタン距離が一定で且つ電源幹線22,23と隣接する
位置に、第2段のクロックバッファ32を配置する。
02を繰り返し、最後に第n−1段の各クロックバッフ
ァの出力端子から入力端子までの各マンハッタン距離が
同一となるようにフリップフロップなどの標準セルを配
置する。
ツリーの各階層ごとに、各クロックバッファのマンハッ
タン距離が同一となるように電源幹線と隣接させて配置
するため、電源配線の電圧降下による回路遅延変動を回
避できると共にクロックスキューを抑制できる。また、
クロックバッファ以外の標準セルに電源電圧を供給する
電源配線の電圧降下も小さくなるため、回路全体の遅延
時間変動を小さくできる。
実施形態を図面に基づいて説明する。
ックバッファ配置方法の処理フローを表わしている。本
実施形態においては、階層構造のクロックツリーの階層
間においても、クロック信号の配線長を均等化すること
によりクロックスキューをさらに低減する。第2の実施
形態と同様に、レイアウトの対象とする論理回路ブロッ
クに対するクロック信号の供給を、第0段から第n−1
段までのn段のクロックバッファからなるクロックツリ
ーを用いることとする。
ァ初期配置工程S11において、階層構造の第0段のク
ロックバッファを電源幹線の近傍に配置した後、クロッ
クバッファ配置工程S12において、2段目以降(第1
段から第n−1段まで)のクロックバッファを配置す
る。クロックバッファ配置工程S12はマンハッタン距
離計算工程S12aと電源幹線指定工程S12bと対象
クロックバッファ配置工程S12cとからなる。
段のクロックバッファの出力端子と処理の対象である当
該クロックバッファの入力端子とのマンハッタン距離を
計算し、電源幹線指定工程S12bは、前段のクロック
バッファがその近傍に配置された電源幹線と隣接する電
源幹線を指定し、対象クロックバッファ配置工程S02
bは、電源幹線指定工程S12bにより指定された対象
のクロックバッファを電源幹線と隣接するように配置す
る。
力端子からの各マンハッタン距離が同一で且つ電源幹線
と隣接する位置が決定される。その上、クロックツリー
の各階層ごとに、前段の階層に属するクロックバッファ
が配置されている一の階層の電源幹線と隣接する他の電
源幹線にクロックバッファを配置するため、特定の電源
幹線にクロックバッファが集中することがない。
配置方法を用いたクロックバッファの部分レイアウトを
示している。図6に示すように、第1の電源幹線41、
第2の電源幹線42、第3の電源幹線43及び第4の電
源幹線44が所定の間隔をおいて互いに平行に配置され
ている。なお、各電源幹線41〜44に垂直な方向に配
置される電源配線は、標準セル中の電源配線敷設領域を
用いているため図示していない。
ックツリーの構成方法とを具体的に説明する。まず、初
期クロックバッファ配置工程S11において、第0段の
クロックバッファ50を回路ブロックの中央部付近に位
置する第1の電源幹線41と隣接するように配置する。
なお、図6において第1の電源幹線41に対する第2の
電源幹線42と反対側の配置領域を省略している。
マンハッタン距離計算工程S12aにおいて、第0段の
クロックバッファ50からのマンハッタン距離d1 がそ
れぞれ同一の距離となる位置を算出した後、電源幹線指
定工程S12bにおいて、第1の電源幹線41と隣接す
る第2の電源幹線42を選択し、配置対象である第1段
のクロックバッファ51を第2の電源幹線42と隣接す
るように配置する。
ックバッファ52A〜52Dを第1段のクロックバッフ
ァ51からのマンハッタン距離d2 が同一で且つ第2の
電源幹線42とそれぞれ隣接する第1の電源幹線41の
近傍及び第3の電源幹線43に沿って配置する。
53Lも同様に配置する。例えば、第2段のクロックバ
ッファ52Aが配置されている第1の電源幹線41に着
目すると、第3段のクロックバッファ53A,53Bを
第2段のクロックバッファ52Aからの各マンハッタン
距離d3 が同一で、且つ、第1の電源幹線41と隣接す
る第2の電源幹線42に配置する。
12を繰り返し、最後に第n−1段の各クロックバッフ
ァの出力端子から入力端子までの各マンハッタン距離が
同一となるようにフリップフロップなどの標準セルを配
置する。
平面内において一の階層に属するクロックバッファは、
該一の階層の前の階層に属するクロックバッファが配置
された電源幹線と隣接する電源幹線に沿って各マンハッ
タン距離が同一となるようにX字状に配置されるため、
特定の電源幹線にクロックバッファが集中しないので電
源配線の電圧降下を小さくできる。
クバッファを電源幹線の近傍に、且つ、特定の電源幹線
に集中することなくレイアウト平面全体に分散させて配
置するため、電源配線の電圧降下による回路遅延変動を
回避することができ、その上、クロックバッファ間の配
線長も等しくできるので、クロックスキューを低減でき
る。また、クロックバッファ以外の標準セルに供給する
電源配線の電圧降下も小さくなるため、回路全体の遅延
時間変動を小さくできる。
置方法によると、複数のクロックバッファを配置する際
にはクロックバッファ間で遅延時間の差が生じないた
め、電源配線の電圧降下による回路遅延変動を回避する
ことができ、クロックスキューを低減できる。また、ク
ロックバッファ以外の標準セルに供給する電源配線の電
圧降下も小さくなるため、回路全体の遅延時間変動を小
さくできる。
方法によると、ツリー状の各階層ごとに、各クロックバ
ッファ間の配線長を等しく且つ各クロックバッファを電
源線に沿って配置するため、クロックスキューを低減で
きると共に電源配線の電圧降下が小さくなって回路遅延
変動を回避できる。また、クロックバッファ以外の標準
セルに供給する電源配線の電圧降下も小さくなるため、
回路全体の遅延時間変動を小さくすることができる。
方法によると、第2のクロックバッファ配置方法と同様
の効果を得られる上に、クロックバッファを特定の電源
線に集中することなくレイアウト全体に分散させること
ができるため、電源配線の電圧降下による回路遅延変動
をさらに低減することができる。
て、電源配線に接続された標準セルの等価回路を示す図
である。
ァ配置方法を用いたセル配置を示す部分レイアウト図で
ある。
ァ配置方法の処理フロー図である。
ァ配置方法を用いた部分レイアウト図である。
ァ配置方法の処理フロー図である。
ァ配置方法を用いた部分レイアウト図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 論理回路に含まれる複数のセルにクロッ
ク信号を供給するためのクロックバッファを配置するク
ロックバッファ配置方法であって、 前記クロックバッファを前記複数のセルのいずれのセル
よりも電源線に近い位置に配置する配置工程を備えてい
ることを特徴とするクロックバッファ配置方法。 - 【請求項2】 論理回路に含まれる複数のセルにクロッ
ク信号を供給するためのツリー状の階層構造を持つ複数
のクロックバッファを配置するクロックバッファ配置方
法であって、 前記階層構造の階層ごとに、前記複数のクロックバッフ
ァを、一の階層に属するクロックバッファと該一の階層
の前の階層である他の階層に属する複数のクロックバッ
ファとの各マンハッタン距離がいずれも同一となるよう
に電源線に沿ってそれぞれ配置する配置工程を備えてい
ることを特徴とするクロックバッファ配置方法。 - 【請求項3】 論理回路に含まれる複数のセルにクロッ
ク信号を供給するためのツリー状の階層構造を持つ複数
のクロックバッファを配置するクロックバッファ配置方
法であって、 前記階層構造の階層ごとに、一の階層に属するクロック
バッファを、該一の階層の前の階層である他の階層に属
するクロックバッファが配置されている電源線と隣り合
う電源線に沿って、且つ、前記一の階層に属するクロッ
クバッファと前記他の階層に属する複数のクロックバッ
ファとの各マンハッタン距離がいずれも同一となるよう
に配置する配置工程を備えていることを特徴とするクロ
ックバッファ配置方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05218998A JP3703285B2 (ja) | 1998-03-04 | 1998-03-04 | クロックバッファ配置方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
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Publication Number | Publication Date |
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JPH11251439A true JPH11251439A (ja) | 1999-09-17 |
JP3703285B2 JP3703285B2 (ja) | 2005-10-05 |
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ID=12907863
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP05218998A Expired - Fee Related JP3703285B2 (ja) | 1998-03-04 | 1998-03-04 | クロックバッファ配置方法 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP3703285B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1309045C (zh) * | 2003-11-04 | 2007-04-04 | 松下电器产业株式会社 | 半导体集成电路及其设计方法 |
JP2009302258A (ja) * | 2008-06-12 | 2009-12-24 | Sony Corp | 半導体集積回路 |
-
1998
- 1998-03-04 JP JP05218998A patent/JP3703285B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JP3703285B2 (ja) | 2005-10-05 |
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