大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)中的低功耗高層次綜合算法研究.pdf

1、大規(guī)模集成電路(Very Large Scale Integrated circuit, VLSI)是計(jì)算機(jī)科學(xué)和電子科學(xué)的基礎(chǔ)和載體。當(dāng)前,大規(guī)模集成電路的半導(dǎo)體制程已經(jīng)進(jìn)入32nm工藝,芯片內(nèi)部集成的運(yùn)算單元數(shù)目在不斷增長(zhǎng)。隨著大規(guī)模集成電路的工藝進(jìn)步及功能、結(jié)構(gòu)的日趨復(fù)雜,對(duì)于集成電路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Design)的要求也越來(lái)越高。而電路CAD技術(shù)的核心在于各種自動(dòng)綜合和規(guī)劃布線算法。高層次綜合是進(jìn)行

2、電路功能模塊設(shè)計(jì)和行為描述的重要步驟,是進(jìn)行芯片進(jìn)行物理設(shè)計(jì)的第一步。
　　高層次綜合的主要目的在于為電路中的各種操作分配硬件功能單元,實(shí)現(xiàn)各種操作的時(shí)間調(diào)度、功能單元共享和綁定。高層次綜合接受系統(tǒng)行為描述,通過(guò)一定的算法,將其轉(zhuǎn)換成由功能單元、存儲(chǔ)單元、選擇器件等組成電路結(jié)構(gòu)。再經(jīng)過(guò)寄存器轉(zhuǎn)移級(jí)別轉(zhuǎn)換、區(qū)域劃分、布圖、布線等步驟得到整個(gè)電路的完整物理版圖。當(dāng)前工業(yè)界高層次綜合算法大都是基于元件庫(kù)里相對(duì)于每一種操作只有一種功能單元

3、來(lái)實(shí)現(xiàn)的情況,并在此基礎(chǔ)上為所有需要執(zhí)行的操作分配功能單元,實(shí)現(xiàn)調(diào)度和互連。考慮到每種功能單元在晶體管電路級(jí)別上可以有多種不同的實(shí)現(xiàn)方式,而每種實(shí)現(xiàn)方式對(duì)應(yīng)不同的電路面積、延時(shí)和能耗。本文提出了利用不同功能單元相組合來(lái)完成所需操作,達(dá)到優(yōu)化所需資源數(shù)目、降低能耗的目的。由于能耗已成為制約大規(guī)模集成電路向前發(fā)展的瓶頸,基于多功能單元組合的高層次綜合方法將為工業(yè)界提供一種新的降低能耗的方法。解決高層次綜合問(wèn)題,即使元件庫(kù)中只有一種功能單元,

4、其求解復(fù)雜度依然是NP-Complete,也就是說(shuō)無(wú)法在有限時(shí)間內(nèi)找到最優(yōu)解。
　　本文在退火算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行超前預(yù)估,提出了一種能夠處理一種操作對(duì)應(yīng)多種功能單元的優(yōu)化算法。本文首先利用退火算法實(shí)現(xiàn)只有一種功能單元情況下的高層次綜合,在此基礎(chǔ)上改進(jìn)擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù),使其能夠處理不同功能單元。然后通過(guò)對(duì)另外一種傳統(tǒng)算法的分析和實(shí)現(xiàn),來(lái)比較和評(píng)估改進(jìn)后的退火算法的質(zhì)量。對(duì)基準(zhǔn)電路的仿真結(jié)果表明,所提新算法求解的質(zhì)量與傳統(tǒng)的力導(dǎo)向算法相