Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем
advertisement
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем проектирования в микроэлектронике Российской академии наук Методы проектирования заказных сложно-функциональных блоков в базисе элементов с регулярной топологической структурой в слоях поликремния и диффузии Гаврилов Сергей Витальевич Иванова Галина Александровна Манукян Арам Альбертович ИП ПМ ИППМ РАН Актуальность Количество правил проектирования для технологий с размерами транзистора 32 нм и ниже составляет несколько тысяч ограничений. Соблюдение полного набора правил и норм проектирования в автоматическом режиме становится невозможным при использовании существующих подходов к решению задач логического и топологического синтеза. ИППМ РАН 2 Существующие подходы В работах компании Intel для соблюдения требований регулярности в маршруте предлагается подход к заказного проектирования проектированию регулярных топологических структур с использованием конструкции специального типа – так называемого транзисторного шаблона [Талалай М.С., Трушин К.В., Венгер О.В. Логический синтез комбинационных схем на основе транзисторных шаблонов с регулярной топологией. 2011.] ИППМ РАН 3 Предлагаемый подход Данная работа представляет собой дальнейшее развитие идеи использования регулярности топологических структур в маршруте заказного проектирования по следующим основным направлениям: 1. Предлагаются методы формирования регулярных шаблонов для новой технологии, получившей название FinFET (технология с трехмерным затвором транзистора в форме плавника (fin)). 2. Предлагается согласованное решение проблем синтеза схемы и топологии на основе модели компонент в форме графа вложенности последовательно-параллельных структур (SP-граф) с независимым анализом цепей земли (pull-down) и питания (pull-up). ИППМ РАН 4 FinFET транзисторы FinFET транзисторы – это новое направление в проектировании микросхем, в котором за счет использования трехмерного затвора транзистора в форме плавника повышается эффективная ширина затвора при сходной площади логической ячейки. Структура транзистора SG-FinFET Структура транзистора IG-FinFET ИППМ РАН 5 Основные конструкции FinFET структур Известны три основные конструкции FinFET структур: 1. SG (Shorted-Gate) или TG (Tri-gate) FinFET, затворы транзистора соединены друг с другом. 2. IG (Independent-Gate) или DG (Double-Gate) FinFET, затворы транзистора независимы (на каждый затвор подается свой сигнал). 3. LP (Low Power) FinFET, второй затвор (back-gate) транзистора подключен к обратно смещенному напряжению для уменьшения статической мощности. Ячейка двухвходового ИЛИ-НЕ (слева направо): bulk CMOS структура, SG-FinFET структура, IG-FinFET структура ИППМ РАН 6 Регулярная SG-FinFET структура Ячейка двухвходового ИЛИ-НЕ: SG-FinFET структура стандартной ячейки (слева), регулярная SG-FinFET структура (справа) ИППМ РАН 7 Регулярные структуры в слоях поликремния и диффузии Регулярная структура рядом стоящих ячеек по слоям диффузии и поликремния ИППМ РАН 8 Логико-топологические модели вентилей для описания логических функций проводимостей pull-up и pull-down цепей а) б) Модель вентиля с учетом порядка расположения транзисторов в топологии (совпадает с порядком в функции (а) или не совпадает (б)) ИППМ РАН 9 Логико-топологические модели вентилей для описания логических функций проводимостей pull-up и pull-down цепей а) б) в) г) Набор функций для реализации логических вентилей на регулярном шаблоне ИППМ РАН 10 Логико-топологические модели вентилей для описания логических функций проводимостей pull-up и pull-down цепей а) б) Модель транзистора с учетом расположения стока и истока (сток справа от затвора (а) или сток слева от затвора (б)) ИППМ РАН 11 Логико-топологические модели вентилей для описания логических функций проводимостей pull-up и pull-down цепей С помощью операций &N, &M, функции И-ИЛИ-НЕ21. +N, +M и ~ можно описать топологию 1) Описание функции для pull-up и pull-down частей в виде SP-BDD PU: PD: 2) Выбор порядка расположения транзисторов в топологии PU: PD: 3) Выбор расположения стока и истока для каждого транзистора PU: PD: ИППМ РАН 12 Получение топологии из графа Топология трехвходового И-ИЛИ-НЕ21 ИППМ РАН 13 Преобразование последовательно-параллельной структуры в эквивалентную π-модель C0-R-C1 При параллельном соединении полная проводимость между узлами ni и nj определяется как: yij y1 y2 В случае последовательного соединения суммарный определяется по формуле суммы обратных адмиттансов: yij адмиттанс yik ykj yik ykj π-модель C0-R-C1, которая эквивалентна исходной схеме с точки зрения элморовской задержки. Задержка при этом определяется следующим выражением: DC g где C – выходная эквивалентная заземленная эквивалентная внутренняя проводимость. емкость; g=1/R ИППМ РАН 14 – Преобразование последовательно-параллельной RCструктуры в эквивалентную π-модель C0-R-C1 Максимальная задержка определяется как: max D max C min g где C – выходная эквивалентная заземленная емкость; g=1/R – эквивалентная внутренняя проводимость. Аналогичным способом минимальная задержка: при необходимости рассчитывается min D min C max g Проводимость пропорциональна ширине FinFET-транзистора: g ~W W N FIN Wmin NFIN – количество параллельно. FinFET транзисторов подключенных Wmin 2 hFIN ИППМ РАН 15 Выводы и результаты Исследованы варианты топологического представления логических элементов на FinFET транзисторах. Разработан регулярный шаблон для отображения SP-структуры на FinFET транзисторах. Предложено согласованное решение проблем синтеза схемы и топологии на основе модели компонент в форме графа вложенности последовательно-параллельных структур (SP-граф) с независимым анализом цепей земли (pull-down) и питания (pull-up). ИППМ РАН 16
