[논문 리뷰] Effect of Distributed Shield Insertion on Crosstalk in Inductively Coupled VLSI Interconnects

Divya Mishra, Shailendra Kumar Mishra외 2명|arXiv (Cornell University)|2010. 06. 14.

Low-power high-performance VLSI design참고 문헌 13인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 심층 미크론(Deep Sub-Micron, DSM) 및 초심층 미크론(Ultra-Deep Sub-Micron, UDSM) VLSI 인터커넥트 간의 유도 결합에서 교차 캐리지 노이즈를 줄이기 위해 분산된 실드 삽입 기법을 제안한다. 세 가지 조건에서 신호 및 교차 캐리지 전압을 분석한다: 실드 없음, 분산 실드, 실드에 추가로 지상 터미널을 연결한 경우. 결과적으로 실드 삽입이 교차 캐리지 노이즈를 크게 감소시키며, 특히 지상 터미널을 추가한 경우에 그 효과가 두드러지게 나타나, 분산 실드 기법이 DSM/UDSM 기술에서 효과적임을 입증한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 심층 미크론(DSM) 및 초심층 미크론(UDSM) VLSI 인터커넥트에서 발생하는 교차 캐리지 노이즈가 신호 무결성과 시스템 성능을 떨어뜨리는 문제를 해결하기 위해.
• 유도 결합이 발생하는 인터커넥트에서 분산 실드 삽입 기법이 교차 캐리지 노이즈 완화에 얼마나 효과적인지 평가하기 위해.
• 실드 없음, 분산 실드만 존재하는 경우, 실드 터미널에 지상 터미널이 연결된 경우의 세 가지 구성 방식 간의 교차 캐리지 노이즈 감소 성능을 비교하기 위해.
• 실드의 효과성에 영향을 주는 지상 터미널의 영향을 정량화하기 위해.
• 고속 VLSI 인터커넥트에서 실드 삽입을 최적화하기 위한 설계 중심의 분석을 제공하기 위해.

제안 방법

• 전송선 이론을 사용하여 유도 결합이 발생하는 인터커넥트를 모델링하고, 교차 캐리지 결합을 분석하기 위해.
• 공격자-피해자 인터커넥트 쌍의 길이에 따라 정기적으로 도전성 실드를 삽입하여 분산 실드를 구현하기 위해.
• 실드 터미널에 지상 터미널을 연결하여 떠도는 전위를 줄이고 실드 효과를 향상시키기 위해.
• 실드 없음, 실드 있음, 실드에 지상 터미널이 연결된 경우의 세 가지 구성에서 신호 전압 및 교차 캐리지 전압 파형을 시뮬레이션하고 비교하기 위해.
• 시간 영역 분석을 통해 교차 캐리지 전압의 크기와 전파 지연 영향을 평가하기 위해.
• 피해선에서의 전압 스윙 및 노이즈 마진 향상 정도를 기반으로 성능을 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 분산 실드 삽입은 유도 결합이 발생하는 VLSI 인터커넥트에서 교차 캐리지 전압에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 기존의 실드 기법과 비교할 때, 분산 실드 기법은 교차 캐리지 노이즈 감소에 얼마나 효과적인가?
• RQ3 실드 터미널에 지상 터미널을 추가함으로써, 고립된 실드 삽입에 비해 교차 캐리지 노이즈 감소에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 실드의 분포가 DSM/UDSM 인터커넥트의 신호 무결성과 노이즈 커플링에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 지상 터미널이 연결된 분산 실드 기법은 고속 인터커넥트에서 상당한 교차 캐리지 노이즈 억제를 달성할 수 있는가?

주요 결과

• 분산 실드 삽입은 실드가 없는 경우에 비해 교차 캐리지 전압을 크게 감소시켜 신호 무결성을 향상시킨다.
• 실드 터미널에 지상 터미널을 추가함으로써 교차 캐리지 전압이 추가로 감소하여 실드 효과가 더욱 향상됨을 입증한다.
• 제안된 방법은 피해선에서의 노이즈 마진 향상과 교차 캐리지 유도 지연 감소에 측정 가능한 개선 효과를 보였다.
• 시뮬레이션 결과, 지상 터미널이 연결된 분산 실드 기법이 고립된 실드 및 실드 없음의 경우보다 교차 캐리지 노이즈 억제 성능에서 뛰어나다는 것이 확인되었다.
• 이 기법은 DSM 및 UDSM 기술에서 흔히 볼 수 있는 고속, 유도 결합이 발생하는 인터커넥트에서 특히 효과적이다.
• 연구 결과, 실드에 접지 처리를 한 분산 실드 기법이 고급 VLSI 설계에서 교차 캐리지 노이즈 억제를 위한 실현 가능하고 효과적인 전략임을 검증하였다.