[논문 리뷰] Non Uniform On Chip Power Delivery Network Synthesis Methodology

Patrick Benediktsson, Jon A. Flandrin외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 11. 01.

Electromagnetic Compatibility and Noise Suppression참고 문헌 11인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 균일한 PDN에서 시작하여 혼잡도 맵과 전력 정합성 분석에 기반해 국소 및 전역 영역을 반복적으로 최적화하는 혼잡도 기반, IR 보호 비균일 전력 공급망(PDN) 합성 방법론을 제안한다. 실험 결과는 전자이동성(EM) 또는 IR 내리막에 영향을 주지 않고도 PDN 면적을 크게 감소시켰으며, 시간적 또는 신뢰성 희생 없이 전력 절약을 가능하게 한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 낮은 혼잡도 영역에서 전력 분배를 과다로 제공하는 균일한 PDN 설계의 비효율성을 해결하기 위해.
• 전자이동성(EM) 및 IR 내리막 정합성을 유지하면서 PDN 면적과 전력 소비를 최소화하기 위해.
• 고혼잡도 영역을 우선시하는 자가 적응형, 영역별 특화 PDN 합성 접근법을 개발하기 위해.
• 시간적 또는 신뢰성 희생 없이 타겟된 PDN 최적화를 통해 전력 절약을 가능하게 하기 위해.
• 전역 혼잡도 추정과 전력 정합성 분석을 통합된 반복적 합성 플로우에 통합하기 위해.

제안 방법

• 기본 신뢰성을 확보하기 위해 초기 균일 PDN 구축으로 시작한다.
• 전력 정합성 분석을 수행하여 IR 안전 후보 윈도우를 도출함으로써 전압 강하가 허용 범위 내에 유지되도록 한다.
• 전역 루팅 혼잡도를 추정하여 최적화 우선순위를 안내하는 혼잡도 맵을 생성한다.
• 혼잡도 및 IR 제약 조건에 기반해 선택된 영역을 국소 및 전역적으로 최적화하기 위해 자가 적응형 비균일 PDN 합성을 적용한다.
• 최적화가 전자이동성 또는 IR 내리막 한계를 위반하지 않도록 혼잡도 기반 및 IR 보호 방식을 동시에 적용한다.
• 면적 감소와 신뢰성 및 성능 제약 조건 간의 균형을 맞추기 위해 반복적 개선을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비균일 PDN 합성은 IR 내리막 증가 또는 EM 제약 위반 없이 면적과 전력 소비를 어떻게 줄일 수 있는가?
• RQ2 혼잡도 인지 PDN 최적화는 전체 전력 공급 효율성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 자기 적응형, 영역별 특화 PDN 합성 방법론은 시간 및 신뢰성 유지 조건에서 상당한 면적 감소를 달성할 수 있는가?
• RQ4 IR 보호와 혼잡도 기반 최적화를 조합하면 면적과 전력 효율성 간의 트레이드오프에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 비균일 PDN 합성을 통해 신뢰성 리스크를 유발하지 않고 어떤 수준의 전력 절감을 달성할 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 방법론은 전자이동성(EM) 또는 IR 내리막 성능에 열화 없이 상당한 PDN 면적 감소를 달성한다.
• 낮은 혼잡도 영역에서의 과다 공급을 방지함으로써 전력 절약이 가능하며, 동시에 IR 내리막은 안전한 수준을 유지한다.
• 실험 결과는 PDN 길이 감소와 EM/IR 영향 간의 트레이드오프가 유리하며, 신뢰성 저하 없이 확인되었다.
• 혼잡도 맵과 IR 안전 분석의 통합은 고속도 영역의 효과적이고 타겟된 최적화를 가능하게 한다.
• 합성의 자기 적응적 성격은 다양한 설계 시나리오와 루팅 조건에서 강건성을 보장한다.
• 이 방법론은 비균일 PDN 합성이 실용적 고성능 칩 설계에 가능하며 측정 가능한 효율성 향상 효과를 보임을 입증한다.