KR101044293B1

KR101044293B1 - 다중 전압 도메인의 전력 배선망에서의 전원/접지 패드의 위치 및 개수를 최적화하는 방법

Info

Publication number: KR101044293B1
Application number: KR1020090103976A
Authority: KR
Inventors: 오성환; 신동진
Original assignee: 주식회사 엔타시스
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2011-06-29
Also published as: KR20110047378A; US20110107283A1; US8327306B2

Abstract

본 발명은 전력 배선망에서 최적의 전원/접지 패드를 자동으로 최적화 시키는 방법에 관한 것으로서, 다중 전압 도메인 별로 전력 배선망을 생성하고, 전력 배선망의 각 노드의 부하 전류원 모델링시 기능블록의 실제 모양과 면적을 고려하여 부하 전류원을 모델링하며, 플립칩 형태에 사용되는 범프형태의 전원/접지 패드 최적화 단계에서 종래의 기술을 적용시 발생되는 문제점 해결을 위하여 지역 최적화(Local optimization) 방법을 개발하고, 이를 바탕으로 전체 최적화(Global optimization) 및 지역 최적화의 조합 방법을 범프 본딩 방식 설계에 적용함으로써, 와이어 본딩 방식의 설계에 한정적으로 적용 가능한 기존의 최적화 방법과 차별화 시키며, 노드의 목표 전압 강하 및 패드 전류등의 설계 제약 조건으로만 구성된 최적화 제약조건을 개선하여 불필요한 최적화 시간을 단축시키고, 전원/접지 패드 최적화후, 패드들의 위치와 개수 및 전력 배선망의 최대 전압강하에 대한 패드 개수의 민감도를 제시하여 사용자가 최적화 결과를 평가하고, 설계 제약조건인 전원 및 접지 패드 개수들의 한계치를 고려하여 수정할 수 있도록 하고, 최종적으로 결과를 자동으로 집적회로의 레이아웃 배치설계의 특정 위치를 정의하도록 한다.

전력 배선망, 최대 전압강하, 전압 도메인, 전체 최적화, 지역 최적화

Description

다중 전압 도메인의 전력 배선망에서의 전원/접지 패드의 위치 및 개수를 최적화하는 방법{A method and apparatus to optimize the location and number of Power/Ground pads on the power distribution network with multiple voltage domain}

본 발명은 다중 전압 도메인의 전력 배선망에서의 전원/접지 패드의 위치 및 개수를 최적화하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존의 패드 최적화 방법으로 범프본딩 방식 설계에 적용시 발생될 수 있는 문제점의 해결 및 부족한 점의 보강을 통하여, 전력 배선망 설계시 최적화 시간 단축 및 최소의 패드 개수 및 위치를 확보할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.

집적 회로의 전력 배선망내에서 발생하는 전압 강하를 기준치 이하로 유지하면서, 회로를 구성하는 기능블록에 전력을 공급하는 것은 매우 중요하다. 이는 전력 배선망내에서의 최대 전압 강하가 기준치 이하로 되도록 전력을 공급하는 최적의 전원 및 접지 패드의 위치 및 개수를 결정함으로써 실현 가능하다. 이하의 설명 에 있어서, 전원/접지 패드로 사용하기 위하여 선정하는 패드를 '최적패드'라 하고, 전체의 패드에 대해 각각 전략배선망을 해석하여 최적패드를 찾는 최적화 방법을 '전체최적화방법'이라 하며, 본 발명에 의해 제시되는 패드 최적화 방법을 '지역최적화방법'이라고 지칭한다.

<전력 배선망 설계 및 전압강하 해석 방법>

전력 배선망은 단일 전압 도메인 가정하에 설계되고, 집적 회로내에서의 정적인 전압 강하만을 이용하여 최적화 작업이 수행되기 때문에 전력 배선망은 독립 전류원을 갖는 선형 저항망(Linear resistor network)으로 모델링된다.

전력 배선망 구조의 정적 해석을 위하여 다음과 같은 MNA(Modified Nodal Analysis) 기법 수식이 이용된다.

G·X = I (식1)

G : 컨덕턴스 행렬, X : 노드 전압의 벡터, I : 독립 전류원

수식 (1)의 독립 전류원은 전압원으로부터 변형된 테브난 등가전류원과 기능블록의 전력소모를 표현하는 부하 전류원으로 구성된다.

전력 배선망 구조 해석을 위한 수식 (1)이 구성되면, 직접법(Direct method)이나 반복법(Iterative method)등으로 전력 배선망 구조의 해(노드 전압)를 구할 수 있다[관련문헌 : T Sato, M. Hashimoto and H. Onodera, “Successive pad assignment algorithm to optimize number and location of power supply pad using incremental matrix inversion”, Asia and South Pacific Design Automation Conference, pp.723-728, 2005]

<전력 배선망의 해석을 위한 부하 전류원 모델링 방법>

앞서 설명한 수식 (1)에서 전류원의 벡터의 한 성분인 부하 전류원은 전력 배선망에서 기능블록의 소모된 전력을 나타내며, 기능블록의 크기와 소모 전력을 근거로 계산된다. 따라서 부하 전류원이 속해 있는 노드에서 최대 전압 강하가 발생 하기 때문에 부하 전류원이 있는 노드를 전압 강하 관측 노드로 이용된다.

종래의 기술에서는, 부하 전류원을 기능블록의 중앙 지점이나 기능 블록내에 등간격으로 배치함으로써 단순화 시킨다.

<전체 최적화 방법>

전체 최적화 방법은 다음과 같은 방법으로 전력 배선망의 최대 전압 강하를 전체적으로 감소시키는 기술로서, 탐욕적 알고리즘(Greedy search)을 기반으로 패드를 하나씩 하나씩 찾아가는 방법이다.

도 1은 종래 집적회로의 전원 및 접지 패드의 최적화를 위한 전체 최적화 방법 흐름도이다.

이에 도시된 바와 같이,

[단계 1] 주어진 모든 패드 후보들중 임의의 하나를 선택하여 전력 배선망을 해석한다(S1).

[단계 2] 전력 배선망내의 관측 노드들 중에서 최대 전압 강하를 계산하고, 패드 후보와 최대 전압 강하값을 임시 메모리에 저장한다(S2).

[단계 3] 주어진 모든 패드 후보들중 선택되지 않은 패드 후보를 선택하여 [단계 1]과 [단계 2]를 반복한다(S3).

[단계 4] 모든 패드후보들을 이용후, 가장 작은 최대 전압 강하를 발생하는 패드 후보를 패드로 결정하고 패드 리스트에 저장된다(S4).

[단계 5] 결정된 패드로 계산된 최대 전압강하가 제약 조건을 만족하지 못하면 [단계 1]부터 다시 시작하고, 조건을 만족하면 최적화 작업이 중단된다. 이때 패드 후보들중 패드로 결정된 것은 제외된다(S5).

이 기술은 하나의 최적 패드를 찾기 위하여 주어진 모든 패드 후보들을 각각 이용하여 전력 배선망을 분석하고 패드를 찾아내는 방법이기 때문에 주어진 패드후보들의 개수에 따라 최적화 시간이 좌우된다. 따라서 많은 수의 패드 갯수를 요구하는 최근 범프본딩방식 집적 회로 설계등에서는 많은 시간이 소요되어 적당치 않다.

<최적화 제약조건 설정>

최적화된 패드들의 타당성 검증을 위하여 최적화후 전력 배선망에서 관측노드의 전압강하 및 패드에 흐르는 전류가 제약조건을 만족하는지 파악하여, 패드 최적화 여부를 추가적으로 최종 결정한다. 즉, 최적패드로 선정된 패드에 전압을 인가하고 노드에서의 최대전압강하가 기준치보다 작은가와, 최적패드로 선택된 패드의 전류가 기준치보다 작은가를 판단하여 이를 만족하는 경우에 최적화가 완료된 것으로 판단한다.

전력 배선망내에서의 최대 전압 강하가 허용 기준치 이하가 되도록 전력을 공급하는 전원 및 접지 패드의 최적화 위치 및 개수를 제공하는 기술은 필수적이다. 그러나 최신 설계 방식인 범프본딩방식 설계 적용시 종래의 기술에 사용되었던 전체 최적화 방법과, 단일 전압 도메인 적용과, 목표 전압 강하 및 패드에 흐르는 최대전류만으로 판단하는 최적화 제약조건 등은 최적화 시간의 연장이나 불필요한 시간을 야기시킬 수 있고 또한 부적당한 패드 배치등의 문제점을 야기시킬 수 있다.

따라서 본 발명은 범프 본딩 방식 및 와이어 본딩 방식의 칩 설계에서 전력 패드의 최적화시 발생 될 수 있는 이러한 문제점을 해결하고 최적화에 소모되는 시간을 단축시키는 다중 전압 도메인의 전력 배선망에서의 전원/접지 패드의 위치 및 개수를 최적화하는 방법을 제공함에 목적이 있다.

본 발명은 전체 최적화 방법과 지역 최적화 방법을 조합하여 범프 본딩 방식으로 설계된 집적 회로의 전원/접지 패드를 최적화시키는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 와이어 본딩 방식으로 설계된 집적 회로의 전원/접지 패드를 최적화시, 다중 전압 도메인을 고려한 전력 배선망을 자동으로 생성하기 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 집적 회로의 전력 배선 설계에서 최대 전압 강하가 발생하는 노드의 가장 가까운 지점에 전력 패드를 배치하여 전력을 공급함으로써 전압 강하를 감소시키는 지역 최적화 방법을 제공한다.

본 발명은 전력 배선망의 부하 전류원 계산시 렉트 리니어 폴리곤(rectlinear polygon)의 기능블록을 인식하는 방법을 제공한다.

본 발명은 전원/접지 패드 최적화 작업후, 전력 배선망의 최대 전압 강하의 패드 개수별 민감도를 그래프로 파악하여 최적화 결과를 평가하는 방법을 제공한다.

본 발명은 최적화 제약조건에 최적화 수렴 조건을 추가하여 최적화 진행 여부를 결정할 수 있게 하는 방법을 제공한다.

본 발명은 종래의 기술인 전체 최적화 방법의 범프 본딩 방식 설계에 적용시 발생되는 문제점 해결을 위하여 지역 최적화 방법을 개발하고, 이를 바탕으로 전체 최적화 및 지역 최적화의 조합 방법을 범프 본딩 방식 설계에 적용함으로써 와이어 본딩 방식과 차별화 시킨다.

지역 최적화의 기본적 개념은 범프 본딩 방식의 자유로운 패드 배치의 장점을 근거로 하여, 최대 전압 강하가 발생하는 노드에 가장 가까운 패드 후보를 선정함으로써 최대 전압 강하를 감소시키는 것이다. 주어진 모든 패드 후보들을 이용해 최적 패드를 선택하는 전체 최적화와는 달리 최대 전압 강하가 발생하는 노드의 근 처에 있는 패드 후보들만 이용하기 때문에 최적화 시간이 단축되고, 실제 전압 강하가 발생되는 근처에 패드를 배치하기 때문에 정확도가 향상되어 더 적은 수의 패드를 이용하여 목표 전압 강하치에 도달할 수 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 다중 전압 도메인의 전력배선망에서의 전원/접지 패드의 위치 및 개수를 최적화하는 방법은,

다중 전압 도메인별로 전력 배선망을 설계하는 전력 배선망 설계 과정과;

상기 전력 배선망의 각 노드에 대한 부하 전류원을 모델링하는 부하 전류원 모델링 과정과;

칩의 패드 본딩 방식이 범프 본딩 방식인지를 판단하여 범프 본딩 방식인 경우, 각 패드들에 대해서 전력배선망을 해석하고 최대 전압강하가 가장 작은 패드를 첫번째 최적 패드로 선정하는 전체최적화 과정과;

현재까지 선정된 최적 패드에 의한 전력배선망을 해석하여 최대 전압 강하 노드를 선정하고, 상기 최대 전압 강하 노드에 가까운 패드들을 탐색하여 최대 전압 강하가 가장 작은 패드를 최적 패드로 선정하는 지역 최적화 과정과;

최적화 제약 조건이 만족 될 때까지 상기 지역 최적화 과정을 반복 수행하고, 최적화 제약조건이 만족되면 해당 최적 패드 정보를 저장하는 최적화 제약조건 판단 과정과; 를 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 전체최적화 과정을 수행한 후, 첫번째 최적패드에 대한 최대 전압강하노드로부터 가장 근접된 패드를 두번째 최적 패드로 선정하고 이후부터 상기 지역최적화 과정을 수행하도록 함에 특징이 있다.

또한 본 발명은, 상기 최적화 제약조건 판단과정에서 최적화 제약조건이 만족되면, 최적 패드의 위치 및 개수와, 패드 개수 변화에 따른 전력 배선망의 최대 전압강하 그래프를 생성하여 화면에 제공하고, 해당 그래프에 의해 사용자가 민감도가 낮은 패드를 선택하면, 선택된 패드를 최적 패드에서 제외시켜 최적 패드를 수정하고, 최종 결정된 최적 패드들을 자동 배치하는 최적패드 평가과정을 더 포함한다.

상기 최적패드 평가과정은,

상기 최적화 제약조건이 만족되면, 선정된 최적 패드 개수의 변화에 따른 전력 배선망의 최대 전압 강하 그래프를 생성하는 제1단계와;

상기 제1단계에서 생성된 최대 전압 강하 그래프와, 해당 전력 배선망내에서 최적 패드의 위치 및 개수정보를 화면상에 출력하는 제2단계와;

상기 제2단계에서 제공된 화면상의 정보에 의거하여 사용자가 민감도가 낮은 패드를 평가하여 현재의 최적 패드를 그대로 설정하거나, 또는 추가적으로 제외시키기 위하여 하나 이상의 패드를 선택하면, 선택된 패드에 해당되는 최적 패드를 삭제하는 제3단계와;

상기 제3단계에서 결정된 최적 패드를 자동배치하여 해당 패드의 위치 및 개수 정보를 저장하고 종료하는 제4단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명은, 해당 칩의 패드 본딩 방식이 범프 본딩이 아닌 경우는,

각 패드들에 대해서 전력배선망을 해석하고 최대 전압강하가 가장 작은 패드 를 최적 패드로 선정하는 전체최적화 과정과;

현재까지 선정된 최적 패드들에 의한 전력배선망 해석을 하여 최대 전압강하가 가장 작은 패드를 최적 패드로 선정하는 상기 전체최적화 과정을 최적화 제약조건을 만족할 때까지 반복수행하여 최적 패드를 선정하는 최적화 제약조건 판단과정;을 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 전력 배선망 설계 과정은,

다중 전압 도메인으로 설계된 칩의 배치 설계도에서 각 전압 도메인들을 분석하고, 지정된 전압 도메인의 크기 및 구조에 따라 자동으로 전력 배선망을 생성하는 단계;

상기 지정된 도메인내에 속하는 기능블록들과 패드 후보들을 선택하여 최적 패드 선정을 위한 패드 후보로 저장하는 단계;를 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 부하 전류원 모델링 과정은,

전력배선망의 각 노드들을 관측 노드로 설정하고, 각 관측 노드들에 대해서 인접 관측노드와 겹치지 않고 각 노드들의 영역이 균등하도록 노드영역을 가상으로 분할하여 해당 노드 영역내에 속하는 기능블록의 면적을 계산하는 단계;

상기 계산된 기능블록의 면적의 합을 근거로 부하 전류원을 산출하여 해당 노드의 부하전류원으로 설정하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 지역 최적화 과정은,

현재까지 선정된 최적 패드에 의해 전력배선망을 해석하고, 최대 전압 강하 노드를 찾는 제1단계와;

상기 제1단계에서 찾아진 최대 전압 강하 노드에 패드가 존재하는지를 검사하여 패드가 존재하면 해당 패드를 최적 패드로 선정하는 제2단계와;

상기 제2단계에서 패드가 찾아지지 않으면, 상기 제1단계에서 찾아진 최대 전압강하 노드를 중심으로 하나의 세그먼트(하나의 노드와 바로 인접하는 다른 노드 사이의 간격) 만큼 떨어진 이웃노드들을 연결하는 영역을 탐색영역으로 설정하고, 해당 탐색영역에서 패드 후보가 검색되거나, 미리 정해둔 탐색 레벨이 될때까지 탐색 영역의 레벨을 차례로 확대시키면서 패드 후보를 검색하는 제3단계와;

상기 제2단계에서 해당 탐색영역에서 하나의 패드 후보가 검색되면 해당 패드 후보를 최적 패드로 결정하는 제4단계와;

상기 제3단계에서 해당 탐색영역에서 둘 이상의 패드후보가 검색되면, 각각의 패드 후보들을 이용하여 전력 배선망을 해석하고, 가장 작은 최대전압강하가 발생하는 패드 후보를 최적 패드로 결정하는 제5단계와;

상기 제3단계에서 미리 정해둔 소정의 탐색 레벨까지 탐색하여도 패드후보가 검색되지 않으면, 상기 제1단계(S41)에서 찾아진 최대전압강하 노드에서 가장 가까운 패드 후보를 찾아 최적 패드로 결정하는 제6단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기 최적화 제약조건 판단 과정은,

현재까지 선정된 최적 패드들에 대한 전력배선망 노드들의 전압 강하와 패드에 흐르는 전류량이 배치설계상에서 설정된 허용범위 이내인 경우, 최적화 제약조건을 만족하는 것으로 판단하여 지역 최적화 과정을 종료하는 단계와;

상기 지역 최적화 과정중에 현단계의 최대전압강하와 이전단계의 최대전압강하의 상대오차를 산출하고, 각 단계마다 상대오차가 미리 설정된 허용 오차 범위 이내이면 지역 최적화 과정을 종료하는 최적화 수렴단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.

다중 전압 도메인으로 구성된 실제 집적회로 설계에서 도메인별 구조 및 크기를 파악하여 최적화된 전원/접지 패드의 제공이 가능하다.

종래의 기술을 개선하여 최적화 시간을 단축시키고 또한 부적절한 패드 배치를 해결할 수 있다.

패드 최적화후 패드들의 전력 배선망내의 최대 전압 강하 민감도를 조사하여 추가적으로 불필요한 패드를 제외시킬 수 있다.

최적화된 패드들을 자동으로 평면계획에 배치함으로써 사용자 편의성을 제공한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 일반적인 칩의 전력 배선망을 모델링한 다이어그램이고, 도 3은 본 발명을 설명하기 위한 다중 전압 도메인 영역과 기본 블록 및 패드를 도식화한 다이어그램이다.

칩(1)의 다수의 기능블록(20)들을 전압 도메인 영역(10) 별로 구분하고, 각 전압 도메인 영역(10) 별로 본 발명에 의한 패드 최적화 과정을 수행한다. 도 3에는 칩(1)에 다중 전압 도메인 영역으로서 A, B, C, D 전압 도메인 영역으로 나눈 것을 예시한 것이고, 패드는 범프 본딩 패드로서 형성된 것을 예시한 것이며, 패드 최적화 과정을 각 전압 도메인 영역(10) 별로 수행하되, 도 3에서는 A 전압 도메인 영역을 예로 설명하며, 도 2와 같이 전력 배선망을 A 전압 도메인 영역을 대상으로 생성하고, 전력 배산망의 노드(40)에 각각 부하전류원(50)이 걸리는 것을 모델링하여 전력배선망을 생성한다.

도 4는 본 발명에 의한 다중 전압 도메인의 전력 배선망에서의 전원/접지 패드의 위치 및 개수를 최적화하는 방법의 흐름도이다.

다중 전압 도메인별로 전력 배선망을 설계하는 전력 배선망 설계 과정(S10)과;

상기 전력 배선망의 각 노드에 대한 부하 전류원을 모델링하는 부하 전류원 모델링 과정(S20)과;

칩의 패드 본딩 방식이 범프 본딩 방식인지를 판단하여 범프 본딩 방식인 경우, 각 패드들에 대해서 전력배선망을 해석하고 최대 전압강하가 가장 작은 패드를 첫번째 최적 패드로 선정하는 전체최적화 과정(S30)과;

현재까지 선정된 최적 패드에 의한 전력배선망을 해석하여 최대 전압 강하 노드를 선정하고, 상기 최대 전압 강하 노드에 가까운 패드들을 탐색하여 최대 전압 강하가 가장 작은 패드를 최적 패드로 선정하는 지역 최적화 과정(S40)과;

최적화 제약 조건이 만족 될 때까지 상기 지역 최적화 과정(S40)을 반복 수행하는 최적화 제약조건 판단 과정(S50)과;

상기 최적화 제약조건 판단과정에서 현재까지 선정된 최적 패드가 최적화 제약 조건을 만족하면, 해당 최적 패드들을 자동 배치하여 해당 정보를 저장하는 최적화 평가과정(S80)을 수행한다.

한편, 해당 칩의 패드 본딩 방식이 범프 본딩이 아닌 경우는,

각 패드들에 대해서 전력배선망을 해석하고 최대 전압강하가 가장 작은 패드를 최적 패드로 선정하는 전체최적화 과정(S60)과;

현재까지 선정된 최적 패드들에 의한 전력배선망 해석을 하여 최대 전압강하가 가장 작은 패드를 최적 패드로 선정하는 상기 전체최적화 과정(S60)을 최적화 제약조건을 만족할 때까지 반복수행하고, 최적화 제약조건이 만족되면 상기 최적화 평가 과정(S80)으로 넘어가는 최적화 제약조건 판단과정(S70)을 수행하도록 이루어진다.

1. 다중 전압 도메인을 고려한 전력 배선망 설계 과정( S10 )

집적회로 설계시 다중 전압 도메인으로 구성되어 있을 경우 최적의 패드를 확보하기 위해서는 각 도메인별 구조 및 크기를 고려한 전력 배선망을 생성하는 것은 필수적이다.

본 발명은 전력 배선망 설계시 다음과 같은 단계로 다중 전압 도메인을 고려한 방법을 제시한다.

첫번째 단계에서, 칩의 배치설계도에 구성되어 있는 각 전압 도메인들을 분석하고 지정된 전압 도메인의 크기 및 구조에 따라 자동으로 전력 배선망이 생성된다. 두번째 단계에서, 지정된 도메인내에 속하는 기능블록들과 패드 후보들을 선택하여 최적 패드 선정을 위한 패드 후보로 저장한다.

도 3은 다중 전압 도메인 영역 구성과 지정된 ‘A’ 도메인내에서의 기능 블록들과 패드 후보들의 선택 예를 보인다.

2. 기능블록의 실제 모양과 면적을 고려한 부하 전류원 모델링 과정( S20 )

앞서 설명한 수식 (1)에서 전류원의 벡터의 한 성분인 부하 전류원(50)은 전력 배선망에서 기능블록의 소모된 전력을 나타내며, 기능블록(20)의 크기와 소모 전력을 근거로 계산된다. 따라서 부하 전류원(50)이 속해 있는 노드(40)에서 최대 전압 강하가 발생하기 때문에 부하 전류원(50)이 있는 노드(40)를 전압 강하 관측 노드로 이용된다.

종래의 기술에서는, 부하 전류원을 기능블록의 중앙 지점이나 기능 블록내에 등 간격으로 배치함으로써 단순화시킨다. 그러나 최적화 작업은 관측 노드에 국한하여 특정 전압 레벨을 유지함으로써 수행하기 때문에, 전력 배선망내에서 관측 노 드의 위치 및 개수의 결정은 매우 중요하다.

이런 관점에서 본 발명은 더 정확한 전류 계산 방법을 제시한다.

도 5는 본 발명에 의한 부하 전류원 모델링 설명도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 전력 배선망에서 임의의 노드(40)를 중심으로 그려진 정사각형 안에 복수의 기능블록(20)들이 배치되어 있다면, 그 노드에 부하 전류원을 연결하고 전류 값은 노드(40)를 중심으로 그려진 정사각형과 기능블록(20)들의 중복된 면적(a,b,c)을 근거로 계산한다.

이 방법은 임의의 노드의 일정 영역안에 배치된 기능 블록들의 실제 전력 소모를 부하 전류원으로 이용하기 때문에, 실제 집적회로 배선망의 기능 블록의 배치 및 크기를 반영할 수 있다. 또한 본 발명은 기술의 특성상 기능 블록뿐만 아니라 스탠다드 셀 레벨에서의 부하 전류원 계산이 가능하며, 정사각형 위주로 적용되는 종전 기술과 달리 다각형의 기능 블록의 부하 전류원 계산도 가능하다.

도 5의 예로서 ‘X’ 노드(40)에 연결된 부하 전류원은 ‘X’ 노드(40)를 중심으로 그려진 정사 각형과 주변 기능 블록(20)들의 중복 면적들(a, b, c)을 근거로 하여 계산된다.

3. 지역 최적화를 통한 전체 최적화의 단점 개선과 전체 및 지역 최적화의 조합에 의한 최적 패드를 선정하는 전체 최적화과정( S30 ) 및 지역 최적화 과정( S40 )

종래의 기술인 전체 최적화 방법은 특정 노드의 전압 강하를 감소시키기 보 다는 전체 전력 배선망의 최대 전압 강하를 감소시키는 방법이기 때문에, 최적화된 패드들이 전력 배선망 중심에 더 많이 배치되는 경향이 있고. 기능블록의 배치 및 크기에 따라 최적화 제약 조건를 만족시키는데 많은 패드들을 사용하는 경우가 있다.

또한 주어진 모든 패드 후보들을 각각 이용하여 전력 배선망을 해석하고 패드를 찾는 방법이기 때문에 주어진 패드후보들의 개수에 따라서 최적화 시간이 좌우된다. 이러한 문제로 인하여 많은 수의 패드 갯수를 요구하는 최근 범프 본딩방식 집적 회로 설계등에서는 많은 시간이 소요되어 적당치 않다.

본 발명은 종래의 기술인 전체 최적화 방법의 범프 본딩 방식 설계에 적용시 발생되는 문제점 해결을 위하여 지역 최적화 방법을 개발하고, 이를 바탕으로 전체 최적화 및 지역 최적화의 조합 방법을 범프 본딩방식 설계에 적용함으로써 와이어 본딩 방식과 차별화 시킨다.

지역 최적화의 기본적 개념은 범프 본딩 방식의 자유로운 패드 배치의 장점을 근거로 하여, 최대 전압 강하가 발생하는 노드에 가장 가까운 패드 후보를 선정함으로써 최대 전압 강하를 감소시키는 것이다. 주어진 모든 패드 후보들을 이용해 최적 패드를 선택하는 전체 최적화와는 달리 최대 전압 강하가 발생하는 노드의 근처에 있는 패드 후보들만 이용하기 때문에 최적화 시간이 단축되고, 실제 전압 강하가 발생되는 근처에 패드를 배치하기 때문에 정확도가 향상되어 더 적은 수의 패드를 이용하여 목표 최대 전압 강하에 도달한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 첫 단계에서 전체 최적화 방법을 이용하여 첫번째 패드를 결정한다. 본 발명에서는 최적화 시간의 최소화를 위하여 전체 최적화를 이용한 패드 결정수를 한 개로 제한했지만, 집적 회로 설계의 특성에 따라 패드 숫자 변환은 가능하다. 첫 단계에서 첫번째 패드가 결정되면 두번째 단계인 지역 최적화 방법를 이용하여 두번째 패드부터 순차적으로 결정한다.

전체 최적화 과정(S30)은 초기 단계에서 전력 배선망의 최대 전압 강하를 찾고 그 값을 감소시키는 것이 목적이기 때문에 목표 전압치 제한을 두지 않는다.

도 6은 본 발명에 의한 지역 최적화 방법의 흐름도이다.

상기 지역 최적화 과정(S40)은

현재까지 선정된 최적 패드에 의해 전력배선망을 해석하고, 최대 전압 강하 노드를 찾는 제1단계(S41)와;

상기 제1단계에서 찾아진 최대 전압 강하 노드에 패드가 존재하는지를 검사하여 패드가 존재하면 해당 패드를 최적 패드로 선정하는 제2단계(S42)와;

상기 제2단계(S42)에서 패드가 찾아지지 않으면, 상기 제1단계(S41)에서 찾아진 최대 전압강하 노드를 중심으로 하나의 세그먼트(하나의 노드와 바로 인접하는 다른 노드 사이의 간격) 만큼 떨어진 이웃노드들을 연결하는 영역을 탐색영역으로 설정하고, 해당 탐색영역에서 패드 후보가 검색되거나, 미리 정해둔 탐색 레벨이 될때까지 탐색 영역의 레벨을 차례로 확대시키면서 패드 후보를 검색하는 제3단계(S43)와;

상기 제2단계(S42)에서 해당 탐색영역에서 하나의 패드 후보가 검색되면 해당 패드 후보를 최적 패드로 결정하는 제4단계(S44)와;

상기 제3단계(S43)에서 해당 탐색영역에서 둘 이상의 패드후보가 검색되면, 각각의 패드 후보들을 이용하여 전력 배선망을 해석하고, 가장 작은 최대전압강하가 발생하는 패드 후보를 최적 패드로 결정하는 제5단계(S45)와;

상기 제3단계(S43)에서 미리 정해둔 소정의 탐색 레벨까지 탐색하여도 패드후보가 검색되지 않으면, 상기 제1단계(S41)에서 찾아진 최대전압강하 노드에서 가장 가까운 패드 후보를 찾아 최적 패드로 결정하는 제6단계(S46)를 수행한다.

도 6에서 도시된 바와 같이, 전력 배선망의 최대 전압 강하 노드를 찾으면서 시작한다. 전력 배선망 해석시 이전 단계에서 선정된 패드들은 항상 포함되어야 한다. 최대 전압 강하 노드가 결정되면, 그 노드에 가장 가까운 패드 후보들을 탐색하기 시작한다. 노드와 패드 후보의 배치에 따라 패드 후보의 개수는 한 개 혹은 그 이상이 될 수도 있다.

도 7은 본 발명에 의한 지역 최적화 과정의 최대 전압 강하 노드에 가장 가까운 패드 후보 탐색 방법을 설명하기 위한 도면이다.

탐색 방법은, 최대 전압 강하 노드를 출발점으로 하여 이를 탐색한다(레벨 0). 패드 후보가 발견되지 않으면 노드를 중심으로 마름모 영역 위에 놓여있는 인접 노드 들을 탐색하여 패드 후보들을 찾는다.(레벨 1) 만약 첫 단계에서(레벨 0), 패드 후보가 발견되면 그 패드 후보를 최적 패드로 선정하고 패드 리스트에 저장한다.

만약 두번째 단계에서 하나의 패드 후보가 발견되면 그 패드 후보를 패드로 결정하고, 두 개 이상의 패드 후보가 발견되면, 각각의 패드 후보들을 이용하여 전력 배선망을 분석하여 가장 작은 최대 전압 강하가 발생하는 패드 후보를 패드로 결정한다.

두 번째 단계에서도 패드 후보가 발견되지 않으면, 마름모 영역의 창을 확대하여 패드 후보들을 찾고(레벨 2), 패드 후보들을 이용한 분석 및 선택이 반복된다.

이와 같은 과정은 최대 전압 강하 노드에서 여섯 세그먼트가 떨어진 노드까지(레벨 6) 진행되며, 레벨 6 단계 이후에도 패드 후보가 발견되지 않으면 노드에서 가장 가까운 패드 후보를 찾아 패드로 결정한다.

이 탐색 방법은 범프 본딩방식에서 범프 피치가 일정한 등간격 뿐 아니라 도넛 및 스태그 스타일의 범프 패드 어레이가 적용된 설계에도 적용 가능한 기술이다.

도 7의 예로서, 패드 후보 P1과 P2는 레벨 2 에서 발견되고, 배선 전력망 분석후 더 작은 최대 전압 강하를 주는 패드 후보가 결정된다. 레벨 6 단계까지 패드 후보가 발견되지 않으면, 마름모 영역 너머 가장 가까운 패드 후보인 P3를 찾는다.

4. 최적화 제약조건에 수렴조건을 추가하여 개선한 최적화 평가과정( S50 )

종래의 기술인 최적화 제약 조건은 직접적이고 간단하기 때문에 쉽게 적용 가능하나 실제 최적화 작업 적용시 전력 배선망의 특성과 구조에 따라 제약조건을 만족하지 못하거나 만족한다 할지라도 불필요하게 많은 패드수를 사용하여 최적화 작업시간이 길어진다. 이런 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 패드 최적화 과정중에 수렴 조건을 추가하는 것을 제시한다. 이 방법은 현재 및 이전의 단계에서 선정된 패드로 계산된 최대 전압 강하의 오차를 다음과 같이 계산하여,

상대오차 = {(현단계의 최대전압강하 - 이전단계의 최대전압강하)/(이전단계의 최대전압강하)} X 100 ...........................(식2)

지정된 수렴 조건 오차와 비교하여 최적화 진행 여부를 결정한다.

이 방법은 최대 전압 강하가 목표에 도달 못하고 상대오차가 작을 경우, 즉 추가적인 패드들을 배치하여도 전력 배선망의 최대 전압 강하가 더 이상 감소되지 않을 경우 최적화 작업을 중단시킴으로서 불필요한 시간을 감소시킬 수 있다.

5. 패드 최적화 평가 및 최적화된 패드를 자동으로 배치하는 방법

실제 집적회로의 전력 배선망 설계에서는 사용가능한 전원/접지 패드의 개수가 제한적이기 때문에 최적화된 패드 개수가 목표 제한치를 넘는 경우가 자주 있다. 이러한 경우 민감도가 적은 패드들을 제외시켜 목표 제한치를 만족시키는 것은 필수적이다.

본 발명은 지정된 전압 도메인의 전력 배선망내에서 최적화된 패드의 위치 및 개수와, 패드 개수 변화에 따른 배선 전력망의 최대 전압 강하 그래프를 제시함으로써, 사용자가 민감도가 낮은 패드를 평가하여 추가적으로 제외시킬 수 있도록 돕는다.

도 8은 본 발명에 의한 패드 개수 변화에 따른 배선 전력망의 최대 전압 강하 그래프 예시도이다.

도 8의 전원 패드 곡선 그래프를 참조하면 초기에 선정된 패드들까지는 최대 전압 강하 곡선이 가파르게 상승하다가 그 이후 낮은 기울기를 갖으며 포화되는 것을 관찰할 수 있다. 이는 그래프의 기울기가 작아질수록 패드 개수의 민감도가 감소됨을 의미한다.

따라서 상기 최적화 과정을 거쳐 최적패드가 선정되면 도 8과 같은 그래프를 화면상에 출력시켜 줌으로써 사용자가 화면상에 표시된 그래프를 보고 선정된 최적 패드중에서 민감도가 낮은 패드를 추가적으로 제외시킬 수 있다.

도 9는 본 발명에 의한 집적회로의 레이아웃에 최적화된 전원 패드들을 자동 배치하고 평가한 결과 예시도이다. 이에 도시된 바와 같이 최적화 결과를 레이아웃 화면상에서 표시하여 최적 패드 설정을 완료하게 되고, 설정된 최적패드의 위치 및 갯수등이 자동으로 배치되어 설정된다.

<관련 문헌>

1. T Sato, M. Hashimoto and H. Onodera, “Successive pad assignment algorithm to optimize number and location of power supply pad using incremental matrix inversion”, Asia and South Pacific Design Automation Conference, pp.723-728, 2005

2. M. Zhao, Y. Fu, V. Zolotov, S. Sundareswaran, and R. Panda, “ Optimal placement of power supply pads and pins”, Proceedings of Design Autotmation Conference(DAC), pp. 165-170, 2004.

도 1은 종래 집적회로의 전원 및 접지 패드의 최적화를 위한 전체 최적화 방법 흐름도.

도 2는 일반적인 칩의 전력 배선망을 모델링한 다이어그램.

도 3은 본 발명을 설명하기 위한 다중 전압 도메인 영역과 기본 블록 및 패드를 도식화한 다이어그램.

도 4는 본 발명에 의한 다중 전압 도메인의 전력 배선망에서의 전원/접지 패드의 위치 및 개수를 최적화하는 방법의 흐름도.

도 5는 본 발명에 의한 부하 전류원 모델링 설명도.

도 6은 본 발명에 의한 지역 최적화 방법의 흐름도.

도 7은 본 발명에 의한 지역 최적화 과정의 최대 전압 강하 노드에 가장 가까운 패드 후보 탐색 방법을 설명하기 위한 도면.

도 8은 본 발명에 의한 패드 개수 변화에 따른 배선 전력망의 최대 전압 강하 그래프 예시도.

도 9는 본 발명에 의한 집적회로의 레이아웃에 최적화된 전원 패드들을 자동 배치하고 평가한 결과 예시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 칩 10 : 전압 도메인 영역

20 : 기능블록

40 : 노드 50 : 부하 전류원

Claims

범프 본딩 방식 집적회로의 설계에서 다중 전압 도메인의 전력 배선망내에서의 전원/접지 패드의 위치 및 개수를 최적화하는 방법으로서,

전체 최적화 방법을 이용하여 각 패드별로 전력배선망을 해석하여 최대 전압강하 노드를 찾고, 상기 찾아진 최대 전압강하 노드 중 최대 전압강하가 가장 작은 노드가 찾아진 패드를 첫번째 최적 패드로 선정하는 첫번째 최적패드 선정과정과;

상기 첫번째 최적 패드의 전력 배선망 해석에서 찾아진 최대 전압강하 노드로부터 가장 근접된 패드를 탐색하여 두번째 최적패드로 선정하는 두번째 패드 선정과정과;

이전 과정에서 선정된 모든 최적 패드를 동시에 적용하여 전력배선망을 해석하여 최대 전압강하 노드를 찾고, 찾아진 최대전압강하 노드로부터 가장 근접된 패드를 탐색하여 최적 패드로 선정하는 지역 최적화 과정과;

상기 첫번째 최적패드 선정과정, 두번째 최적패드 선정과정 또는 지역 최적화 과정에서 최적 패드가 선정되면, 각 최적 패드의 선정시 해석된 최대 전압강하 값이 미리 설정된 기준값보다 작거나, 선정된 최적패드들의 최대 전류값이 미리 설정된 기준값보다 작은 경우에 상기 지역최적화 과정을 종료하는 최적화 제약조건 판단과정과;

상기 최적화 제약조건 판단과정에서 최적화 제약조건을 만족할때까지 상기 지역최적화 과정을 반복 수행하고, 최적화 제약조건이 만족되면 선정된 최적패드 정보를 저장하고 최적화 과정을 종료하는 최적화 종료 과정을 수행하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 다중 전압 도메인의 전력배선망에서의 전원/접지 패드의 위치 및 개수를 최적화하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 최적화 제약조건 판단 과정은,

상기 지역 최적화 과정중에 현단계의 최대전압강하와 이전단계의 최대전압강하의 상대오차를 산출하고, 상대오차가 미리 설정된 허용 오차 범위 이내이면 상기 지역 최적화 과정을 종료하는 최적화 수렴단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 전압 도메인의 전력배선망에서의 전원/접지 패드의 위치 및 개수를 최적화하는 방법.
삭제
다중 전압 도메인별로 전력 배선망을 설계하는 전력 배선망 설계 과정(S10)과;

상기 전력 배선망의 각 노드에 대한 부하 전류원을 모델링하는 부하 전류원 모델링 과정(S20)과;

칩의 패드 본딩 방식이 범프 본딩 방식인지를 판단하여 범프 본딩 방식인 경우, 각 패드들에 대해서 전력배선망을 해석하여 최대전압강하 노드를 찾고, 각 패드별로 찾아진 최대 전압 강하 노드중 최대 전압 강하가 가장 적은 노드에 해당되는 패드를 첫번째 최적 패드로 선정하는 전체최적화 과정(S30)과;

현재까지 선정된 최적 패드에 의한 전력배선망을 해석하여 최대 전압 강하 노드를 선정하고, 상기 최대 전압 강하 노드에 가까운 패드들을 탐색하여 최대 전압 강하가 가장 작은 패드를 최적 패드로 선정하는 지역 최적화 과정(S40)과;

최적화 제약 조건이 만족 될 때까지 상기 지역 최적화 과정(S40)을 반복 수행하고, 최적화 제약조건이 만족되면 해당 최적 패드 정보를 저장하는 최적화 제약조건 판단 과정(S50)과;

를 수행하는 것을 특징으로 하는 다중 전압 도메인의 전력배선망에서의 전원/접지 패드의 위치 및 개수를 최적화하는 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 다중 전압 도메인의 전력배선망에서의 전원/접지 패드의 위치 및 개수를 최적화하는 방법은,

상기 최적화 제약조건 판단과정(S50)에서 최적화 제약조건이 만족되면, 최대전압강하 그래프와 최적패드 위치 및 개수정보를 화면상에 출력하고, 사용자의 최종 설정 입력 또는 최적패드 삭제 입력을 받아 삭제입력에 해당되는 최적패드를 삭제하고 최종 최적패드를 설정하는 최적패드 평가과정(S80)을 더 포함하되,

상기 최적패드 평가과정(S80)은,

상기 최적화 제약조건 판단과정(S50) 최적화 제약조건이 만족되면, 선정된 최적 패드 개수의 변화에 따른 전력 배선망의 최대 전압 강하 그래프를 생성하는 제1단계와;

상기 제1단계에서 생성된 최대 전압 강하 그래프와, 해당 전력 배선망내에서 최적 패드의 위치 및 개수정보를 화면상에 출력하는 제2단계와;

상기 제2단계에서 제공된 화면상의 최적 패드에 대하여 사용자로부터 현재 최적패드 설정 입력 또는 추가적으로 제외시키고자하는 최적 패드의 삭제 입력이 있는지를 판단하고, 삭제 입력이 있으면 해당 선택된 최적 패드를 삭제하고, 최적 패드 설정 입력이 있으면 현재 최적 패드를 최종 최적 패드로 설정하는 제3단계와;

상기 제3단계에서 설정된 최적 패드에 대해 해당 패드의 위치 및 개수 정보를 저장하고 종료하는 제4단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 다중 전압 도메인의 전력배선망에서의 전원/접지 패드의 위치 및 개수를 최적화하는 방법.
제 4 항에 있어서,

해당 칩의 패드 본딩 방식이 범프 본딩이 아닌 와이어본딩 방식인 경우는,

각 패드들에 대해서 전력배선망을 해석하고 최대 전압강하가 가장 작은 패드를 최적 패드로 선정하는 전체최적화 과정(S60)과;

현재까지 선정된 최적 패드들에 의한 전력배선망 해석을 하여 최대 전압강하가 가장 작은 패드를 최적 패드로 선정하는 상기 전체최적화 과정(S60)을 최적화 제약조건을 만족할 때까지 반복수행하여 최적 패드를 선정하는 최적화 제약조건 판단과정(S70)을 수행하는 것을 특징으로 하는 다중 전압 도메인의 전력배선망에서의 전원/접지 패드의 위치 및 개수를 최적화하는 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 전력 배선망 설계 과정(S10)은,

다중 전압 도메인으로 설계된 칩의 배치 설계도에서 각 전압 도메인들을 분석하고, 지정된 전압 도메인의 크기 및 구조에 따라 자동으로 전력 배선망을 생성하는 단계와,

상기 지정된 도메인내에 속하는 기능블록들과 패드 후보들을 선택하여 최적 패드 선정을 위한 패드 후보로 저장하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 다중 전압 도메인의 전력배선망에서의 전원/접지 패드의 위치 및 개수를 최적화하는 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 부하 전류원 모델링 과정(S20)은,

전력배선망의 각 노드들을 관측 노드로 설정하고, 각 관측 노드들에 대해서 인접 관측노드와 겹치지 않고 각 노드들의 영역이 균등하도록 노드영역을 가상으로 분할하여 해당 노드 영역내에 속하는 기능블록의 면적을 계산하는 단계;

상기 계산된 기능블록의 면적의 합을 근거로 부하 전류원을 산출하여 해당 노드의 부하전류원으로 설정하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 다중 전압 도메인의 전력배선망에서의 전원/접지 패드의 위치 및 개수를 최적화하는 방법.
제 4 항에 있어서, 상기 지역 최적화 과정(S40)은

현재까지 선정된 최적 패드에 의해 전력배선망을 해석하고, 최대 전압 강하 노드를 찾는 제1단계(S41)와;

상기 제1단계에서 찾아진 최대 전압 강하 노드에 패드가 존재하는지를 검사하여 패드가 존재하면 해당 패드를 최적 패드로 선정하는 제2단계(S42)와;

상기 제2단계(S42)에서 패드가 찾아지지 않으면, 상기 제1단계(S41)에서 찾아진 최대 전압강하 노드를 중심으로 하나의 세그먼트(하나의 노드와 바로 인접하는 다른 노드 사이의 간격) 만큼 떨어진 이웃노드들을 연결하는 영역을 탐색영역으로 설정하고, 해당 탐색영역에서 패드 후보가 검색되거나, 미리 정해둔 탐색 레벨이 될때까지 탐색 영역의 레벨을 차례로 확대시키면서 패드 후보를 검색하는 제3단계(S43)와;

상기 제2단계(S42)에서 해당 탐색영역에서 하나의 패드 후보가 검색되면 해당 패드 후보를 최적 패드로 결정하는 제4단계(S44)와;

상기 제3단계(S43)에서 해당 탐색영역에서 둘 이상의 패드후보가 검색되면, 각각의 패드 후보들을 이용하여 전력 배선망을 해석하고, 가장 작은 최대전압강하가 발생하는 패드 후보를 최적 패드로 결정하는 제5단계(S45)와;

상기 제3단계(S43)에서 미리 정해둔 소정의 탐색 레벨까지 탐색하여도 패드후보가 검색되지 않으면, 상기 제1단계(S41)에서 찾아진 최대전압강하 노드에서 가장 가까운 패드 후보를 찾아 최적 패드로 결정하는 제6단계(S46)를 수행하는 것을 특징으로 하는 다중 전압 도메인의 전력배선망에서의 전원/접지 패드의 위치 및 개수를 최적화하는 방법.
제 4 항에 있어서, 최적화 제약조건 판단 과정(S50)은,

현재까지 선정된 최적 패드들에 대한 전력배선망 노드들의 전압 강하와 패드에 흐르는 전류량이 배치설계상에서 설정된 허용범위 이내인 경우, 최적화 제약조건을 만족하는 것으로 판단하여 지역 최적화 과정을 종료하는 최적화제약조건판단단계와;

상기 지역 최적화 과정중에 현단계의 최대전압강하와 이전단계의 최대전압강하의 상대오차를 산출하고, 상대오차가 미리 설정된 허용 오차 범위 이내이면 지역 최적화 과정을 종료하는 최적화 수렴단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 다중 전압 도메인의 전력배선망에서의 전원/접지 패드의 위치 및 개수를 최적화하는 방법.
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