[論文レビュー] Effect of Distributed Shield Insertion on Crosstalk in Inductively Coupled VLSI Interconnects

Divya Mishra, Shailendra Kumar Mishra+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 14, 2010

Low-power high-performance VLSI design参考文献 13被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、誘導結合するVLSIインターコネクト間の分散シールド挿入を提案し、クロストークノイズを低減する。3つの状態—シールドなし、分散シールドあり、シールド端子に追加のグラウンドタッピングあり—における信号およびクロストーク電圧を分析した。結果は、特にグラウンドタッピングを組み合わせた場合、顕著なクロストーク低減を示し、DSM/UDSM技術における分散シールドの有効性を裏付けている。

ABSTRACT

Crosstalk in VLSI interconnects is a major constrain in DSM and UDSM technology. Among various strategies followed for its minimization, shield insertion between Aggressor and Victim is one of the prominent options. This paper analyzes the extent of crosstalk in inductively coupled interconnects and minimizes the same through distributed shield insertion. Comparison is drawn between signal voltage and crosstalk voltage in three different conditions i.e. prior to shield insertion, after shield insertion and after additional ground tap insertion at shield terminal.

研究の動機と目的

• 深亜微細（DSM）および超深亜微細（UDSM）VLSIインターコネクトにおけるクロストークノイズを低減し、信号整合性とシステム性能の低下を是正すること。
• 誘導結合するインターコネクトにおけるクロストーク低減技術としての分散シールド挿入の有効性を評価すること。
• シールドなし、分散シールドのみ、およびシールド端子にグラウンドタッピングを施した3つの構成におけるクロストーク低減性能を比較すること。
• シールド効果に与えるグラウンドタッピングの影響を定量的に評価すること。
• 高速VLSIインターコネクトにおけるシールド挿入最適化のための設計指向的分析を提供すること。

提案手法

• 伝送線路理論を用いて誘導結合するインターコネクトをモデル化し、クロストーク結合を分析する。
• アグレッサー・ビictimインターコネクト対に沿って定期的間隔で導体シールドを挿入することで分散シールドを実装する。
• シールド端子にグラウンドタッピングを施し、浮遊電位を低減させることでシールド効果を向上させる。
• シールドなし、シールドあり、およびグラウンドタッピング付きシールドの3つの構成における信号電圧およびクロストーク電圧波形をシミュレーションし、比較する。
• 時間領域解析を用いてクロストーク電圧の大きさおよび伝搬遅延への影響を評価する。
• ビictimラインにおける電圧スイングおよびノイズマージンの改善に基づき性能を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 分散シールド挿入は、誘導結合するVLSIインターコネクトにおけるクロストーク電圧にどのように影響するか？
• RQ2 従来のシールドと比較して、分散シールドはクロストーク低減においてどれほど効果的か？
• RQ3 シールド端子にグラウンドタッピングを追加することで、浮遊シールド挿入と比較してクロストーク低減にどのような影響を与えるか？
• RQ4 シールドの分散配置は、DSM/UDSMインターコネクトにおける信号整合性およびノイズ結合にどのような影響を与えるか？
• RQ5 分散シールドにグラウンドタッピングを組み合わせることで、高速インターコネクトにおける顕著なクロストーク抑制が達成可能か？

主な発見

• 分散シールド挿入は、シールドなしの状態と比較して、顕著にクロストーク電圧を低減し、信号整合性を向上させる。
• シールド端子にグラウンドタッピングを追加することで、さらにクロストーク電圧が低減され、シールド効果が向上していることが示された。
• 提案手法は、ビictimラインにおけるノイズマージンの向上およびクロストーク誘発遅延の低減という点で、測定可能な改善効果を示した。
• シミュレーション結果から、グラウンドタッピング付き分散シールドは、浮遊シールドおよびシールドなしの両者を上回るクロストーク低減性能を達成していることが確認された。
• 本手法は、DSMおよびUDSM技術に一般的に見られる高速で誘導結合するインターコネクトにおいて特に効果的である。
• 本研究は、接地付き分散シールドが、先進VLSI設計におけるクロストーク抑制の実用的で効果的な戦略であることを検証した。