[论文解读] 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 5

一句话总结

本文提出了一种拥塞驱动、IR保护的非均匀电源分配网络（PDN）综合方法，从均匀PDN开始，基于拥塞图和电源完整性分析，迭代优化局部与全局区域。实验结果表明，该方法在不降低电迁移（EM）或IR压降性能的前提下显著减少了PDN面积，实现了无时序或可靠性折衷的功耗节省。

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.

研究动机与目标

• 解决均匀PDN设计效率低下的问题，即在低拥塞区域过度配置电源分配。
• 在维持电迁移（EM）和IR压降完整性的同时，最小化PDN面积和功耗。
• 开发一种自适应、区域特定的PDN综合方法，优先优化高拥塞区域。
• 通过针对性的PDN优化实现功耗节省，同时不损害时序或可靠性。
• 将全局拥塞估计与电源完整性分析整合到统一的、迭代的综合流程中。

提出的方法

• 该方法从初始均匀PDN构建开始，以确保基础可靠性。
• 执行电源完整性分析，以推导出IR安全候选窗口，确保电压降保持在可接受范围内。
• 估算全局路由拥塞，生成指导优化优先级的拥塞图。
• 应用自适应的非均匀PDN综合方法，在全局和局部范围内基于拥塞和IR约束优化选定区域。
• 综合过程兼具拥塞驱动与IR保护特性，确保优化不违反EM或IR压降限制。
• 执行迭代优化，以在面积缩减与可靠性及性能约束之间取得平衡。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何通过非均匀PDN综合在不增加IR压降或违反EM约束的前提下减少面积和功耗？
• RQ2 拥塞感知的PDN优化对整体电源分配效率有何影响？
• RQ3 自适应、区域特定的PDN综合方法能否在保持时序和可靠性的同时实现显著的面积缩减？
• RQ4 将IR保护与拥塞驱动优化相结合，如何影响面积与功耗效率之间的权衡？
• RQ5 通过非均匀PDN综合可实现多大程度的功耗节省，而不会引入可靠性风险？

主要发现

• 所提方法在不降低电迁移（EM）或IR压降性能的前提下，实现了显著的PDN面积缩减。
• 该方法通过避免在低拥塞区域过度配置，同时将IR压降控制在安全范围内，实现了功耗节省。
• 实验结果证实，PDN长度缩减与EM/IR影响之间的权衡有利，未出现可靠性下降。
• 拥塞图与IR安全分析的整合，实现了对高流量区域的有效、针对性优化。
• 综合的自适应特性确保了在多样化设计场景和路由条件下的鲁棒性。
• 该方法表明，非均匀PDN综合在实际高性能芯片设计中具有可行性，并可实现可测量的效率提升。