[論文レビュー] Non Uniform On Chip Power Delivery Network Synthesis Methodology

Patrick Benediktsson, Jon A. Flandrin+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 1, 2017

Electromagnetic Compatibility and Noise Suppression参考文献 11被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、一様PDNを出発点として、混雑マップと電力整合性解析に基づき局所的およびグローバル領域を反復的に最適化する、混雑駆動型でIRガード付きの非一様PDN合成手法を提案する。実験結果は、電磁移行（EM）やIR降下に劣化を来さずにPDN面積を顕著に削減できることを示しており、タイミングや信頼性の妥協なしに電力節約を実現可能である。

ABSTRACT

In this paper, we proposed a non-uniform power delivery network (PDN) synthesis methodology. It first constructs initial PDN using uniform approach. Then preliminary power integrity analysis is performed to derive IR-safe candidate window. Congestion map is obtained based global route congestion estimation. A self-adaptive non-uniform PDN synthesis is then performed to globally and locally optimize PDN over selected regions. The PDN synthesis is congestion-driven and IR- guarded. Experimental results show significant timing important in trade-off small PDN length reduction with no EM/IR impact. We further explored potential power savings using our non-uniform PDN synthesis methodology.

研究の動機と目的

• 低混雑領域において過剰に電力分配を確保する一様PDN設計の非効率性を是正すること。
• 電磁移行（EM）およびIR降下の整合性を維持しながら、PDN面積と消費電力を最小化すること。
• 高混雑領域を優先する、自己適応的で領域特化型のPDN合成アプローチを開発すること。
• タイミングや信頼性の妥協なしに、ターゲットを絞ったPDN最適化を通じて電力節約を可能にすること。
• グローバルな混雑推定と電力整合性解析を統合した、一貫性のある反復的合成フローを構築すること。

提案手法

• ベースラインの信頼性を確保するため、初期段階で一様PDNの構築を実施する。
• 電力整合性解析を実施し、IR安全な候補ウィンドウを導出することで、電圧降下が許容範囲内に保たれることを保証する。
• グローバルルート混雑の推定により、最適化の優先順位を示す混雑マップを生成する。
• 混雑およびIR制約に基づき、選択された領域をグローバルおよび局所的に最適化する、自己適応的で非一様なPDN合成を適用する。
• 最適化は混雑駆動型かつIRガード付きであり、EMやIR降下制限に違反しないように保証される。
• 面積削減と信頼性・性能制約のバランスを取るために、反復的リファイニングが実施される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非一様PDN合成は、IR降下の増加やEM制約の違反なしに、どのように面積と消費電力を削減できるか？
• RQ2 混雑に配慮したPDN最適化は、全体の電力配給効率にどのような影響を与えるか？
• RQ3 自己適応的で領域特化型のPDN合成手法は、タイミングと信頼性を保持したまま顕著な面積削減を達成できるか？
• RQ4 IRガードと混雑駆動型最適化を組み合わせることで、面積と電力効率のトレードオフにどのような影響を与えるか？
• RQ5 非一様PDN合成により、信頼性リスクを引き起こさずにどの程度の電力節約が達成可能か？

主な発見

• 提案手法は、電磁移行（EM）やIR降下性能に劣化を来さずに顕著なPDN面積削減を達成した。
• 低混雑領域における過剰な配備を回避することで、電力節約が可能であり、IR降下は安全範囲内に保たれた。
• 実験結果は、PDN長の短縮とEM/IR影響のトレードオフが有利であることを確認しており、信頼性の劣化は認められなかった。
• 混雑マップとIR安全解析の統合により、高トラフィック領域の効果的でターゲットを絞った最適化が可能になった。
• 合成の自己適応的性質により、多様な設計シナリオおよびルーティング条件に対しても強靭性が保証された。
• 非一様PDN合成が、実用的で高性能なチップ設計に実現可能であり、測定可能な効率向上が得られることを示した。