[发明专利]三维电源分配网络中最优硅通孔数目的估计方法

说明书

本发明公开了一种三维电源分配网络中最优硅通孔数目的估计方法，主要解决现有技术对硅通孔数目估计计算时间较长的问题。其实现步骤是：1)获取相关参数；2)根据硅通孔分布情况确定硅通孔数目：对于硅通孔为边缘分布，则用边缘分布下的目标等式求硅通孔数目Nsubgt;T1/subgt;；对于硅通孔为均匀分布，则先用均匀分布下的目标等式求硅通孔的初始数目xsubgt;p/subgt;，再令当前硅通孔数目迭代点xsubgt;k/subgt;等于xsubgt;p/subgt;，将xsubgt;k/subgt;进行牛顿迭代，求解下一个硅通孔数目迭代点xsubgt;k+1/subgt;，当两迭代点之差大于误差ε时继续迭代，否则令均匀分布方式下硅通孔数目Nsubgt;T2/subgt;取大于等于xsubgt;k+1/subgt;的最小整数值。本发明无需计算大量矩阵，极大减少了计算时间，可用于微电子芯片设计。

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，特别涉及一种最优硅通孔数目的估计方法，可用于微电子芯片设计。

背景技术

自从二十世纪六十年代摩尔定律提出以后，整个微电子行业便沿着摩尔定律而发展。如今，微电子芯片的特征尺寸已到达7nm，通过减小特征尺寸从而提高电路密度不但大大提高了成本，更影响了电路的可靠性。因此为了延续甚至超越摩尔定律，由二维平面集成电路向三维集成电路的转变成为了必然的趋势。硅通孔TSV技术是通过在硅片上制作通孔，再往里面填充导电物质，进行芯片之间互联的一种结构。

三维集成电路，即通过硅通孔TSV将多层二维平面芯片垂直互联，构成一块整体的芯片。相较于传统的二维平面芯片，三维集成电路具有封装密度高，功耗低以及工作速率快等特点。三维电源分配网络是位于三维集成电路内部，用于向芯片上晶体管提供稳定电压的供电网络，其由多层片上电源分配网络、微焊球以及硅通孔TSV组成。

电阻性电压降IR-drop指的是受电源分配网络的寄生电阻的影响，电压出现下降的一种现象。随着网络规模的增大，IR-drop噪声的仿真与计算需要耗费大量时间。在实际的电路设计中，由于IR-drop噪声是无法完全消除的，设计者往往会允许电路内存在一定比例的噪声。而在允许的噪声容限内，为了节约成本，一般要求硅通孔TSV的数目越少越好。传统的计算方法或者软件仿真需要耗费大量时间，德国KIT研究所的Shengcheng Wang曾提出一种IR-drop优化算法，见论文“Wang S,Firouzi F,Oboril F,et al.P/G TSV planningfor IR-drop reduction in 3D-ICs[C]Design Automation and Test in Europe.IEEE,2014.”，当TSV数目不变时，该算法通过调整TSV的位置来减小IR-drop的大小，但其计算时间较长。大连理工大学的肖婷在其硕士论文“基于电源网格的单元级的3D IC电源传输网络分析方法”提出了一种基于软件仿真，优化TSV数目的算法，该算法虽能较好地估算TSV的数目，但是其耗费时间更长。另外，随着网络规模增大，其运行时间会呈现出指数规模增长。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种三维电源分配网络中最优硅通孔数目的估计方法，以减少时间耗费，快速估算出最优硅通孔的数目。

为实现上述目的，本发明的其技术方案包括如下：

(1)获取相关参数：

(1a)根据三维电源分配网络参数，得到供电电压V_s、芯片层数N、芯片面积S、单元网格边长L、电源线横截面积A、单位电流源I；

(1b)通过电磁仿真软件Q3D，仿真获得微焊球电阻R_b；

(1c)计算硅通孔TSV电阻R_T；

(1d)确定满足设计要求的噪声容限V_n；

(2)判断硅通孔TSV排布方式：