【摘 要】
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采用硅直通孔（Through-Silicon Via,TSV）实现堆叠形式的三维集成电路,被学术界和工业界认为是可能引发半导体技术发展方式变革的技术。在三维时钟网络中,时钟信号不仅在水平方向传播,还可以在晶圆层之间实现垂直方向传播,因此时钟网络结构更为复杂。同时,三维时钟网络还要考虑TSV所带来的寄生效应对时钟网络的影响。本文将通过研究传统的时钟树综合算法,并在考虑TSV的情况下将算法拓展到三维,
【基金项目】
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国家自然科学基金,项目为基于高可靠链路设计的 3D NoC 系统通信关键技术研究；
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采用硅直通孔（Through-Silicon Via,TSV）实现堆叠形式的三维集成电路,被学术界和工业界认为是可能引发半导体技术发展方式变革的技术。在三维时钟网络中,时钟信号不仅在水平方向传播,还可以在晶圆层之间实现垂直方向传播,因此时钟网络结构更为复杂。同时,三维时钟网络还要考虑TSV所带来的寄生效应对时钟网络的影响。本文将通过研究传统的时钟树综合算法,并在考虑TSV的情况下将算法拓展到三维,从而建立开销有效的三维时钟树综合流程。本文所建立的三维时钟树综合流程包括抽象拓扑树生成、层嵌入、物理布线和缓冲器插入等三个步骤。本课题通过研究TSV三维物理模型,对TSV间串扰噪声进行建模和仿真,并提出了抑制TSV间串扰噪声的方法。本文从噪声抑制的角度出发优化传统时钟树综合算法,提出了最少TSV数量的层嵌入算法,算法在保证时钟网络性能的前提下减少时钟网络中TSV资源的使用。本文还通过研究抽象拓扑树结构提出了一个基于子树重构的三维抽象拓扑树优化算法,优化算法不仅能降低时钟网络的总线长,还能减小TSV的排布密度。在此基础上,本文改进了传统时钟树综合流程,通过对时序逻辑单元进行预先簇划分来降低TSV密度,从而抑制TSV间串扰噪声。仿真实验表明改进后的时钟树综合流程在总线长增加1.03%到25.14%的代价下,时钟延迟性能可以提高最多57.14%,TSV资源使用最多可减小90.7%。
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