HY422 Ειςαγωγή ςτα Συςτήματα VLSI. HY422 - Διάλεξθ 4θ - Διαςυνδζςεισ

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "HY422 Ειςαγωγή ςτα Συςτήματα VLSI. HY422 - Διάλεξθ 4θ - Διαςυνδζςεισ"

Ιολανθη Κολιάτσος
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 HY422 Ειςαγωγή ςτα Συςτήματα VLSI Διδάςκων: Χ. Σωτηρίου, Βοηθόσ: Π. Ματτθαιάκησ Περιεχόμενα Διαςυνδζςεισ Μοντελοποίθςθ των Παραςιτικών Διαςυνδζςεισ ςε ζνα Πραγματικό Κφκλωμα Παραςιτικι Χωρθτικότθτα Διαςφνδεςθσ Μοντζλα Χωρθτικότθτασ Μοντζλα Παράλλθλου Πυκνωτι και Πλευρικών Μοντζλο Αντίςταςθσ Αντίςταςθ ανά τετράγωνο R Μοντζλα RC Μοντζλο Elmore ωσ (α) ςυγχωνευμζνθ RC, (β) κατανεμθμζνθ RC 1

2 Διαςυνδέςεισ transmitters receivers ςχηματικό καταςκευή Περιεχόμενα Διαςυνδζςεισ Μοντελοποίθςθ των Παραςιτικών Διαςυνδζςεισ ςε ζνα Πραγματικό Κφκλωμα Παραςιτικι Χωρθτικότθτα Διαςφνδεςθσ Μοντζλα Χωρθτικότθτασ Μοντζλα Παράλλθλου Πυκνωτι και Πλευρικών Μοντζλο Αντίςταςθσ Αντίςταςθ ανά τετράγωνο R Μοντζλα RC Μοντζλο Elmore ωσ (α) ςυγχωνευμζνθ RC, (β) κατανεμθμζνθ RC 2

3 Μοντελοποίηςη των Παραςιτικών Μοντζλο RLC Μοντζλο C Επίδραςη Διαςυνδέςεων ςτο Ολοκληρωμένο 3

4 Επίδραςη Παραςιτικών των Διαςυνδέςεων οι Παραςιτικζσ των Διαςυνδζςεων μειώνουν τθν αξιοπιςτία του κυκλώματοσ επθρεάηουν (α) απόδοςθ, (β) κατανάλωςθ! Είδθ Παραςιτικών Χωρθτικότθτα παραςιτικόσ πυκνωτισ Αντίςταςθ παραςιτικι αντίςταςθ Εμπζδθςθ παραςιτικό πθνείο Περιεχόμενα Διαςυνδζςεισ Μοντελοποίθςθ των Παραςιτικών Διαςυνδζςεισ ςε ζνα Πραγματικό Κφκλωμα Παραςιτικι Χωρθτικότθτα Διαςφνδεςθσ Μοντζλα Χωρθτικότθτασ Μοντζλα Παράλλθλου Πυκνωτι και Πλευρικών Μοντζλο Αντίςταςθσ Αντίςταςθ ανά τετράγωνο R Μοντζλα RC Μοντζλο Elmore ωσ (α) ςυγχωνευμζνθ RC, (β) κατανεμθμζνθ RC 4

5 No of nets (Log Scale) Source: Intel 21/3/2011 Διαςυνδέςεισ ςε ένα Πραγματικό Κύκλωμα Local Interconnect S Local = S Technology Pentium Pro (R) Pentium(R) II Pentium (MMX) Pentium (R) Pentium (R) II Global Interconnect S Global = S Die ,000 10, ,000 Length (u) Περιεχόμενα Διαςυνδζςεισ Μοντελοποίθςθ των Παραςιτικών Διαςυνδζςεισ ςε ζνα Πραγματικό Κφκλωμα Παραςιτικι Χωρθτικότθτα Διαςφνδεςθσ Μοντζλα Χωρθτικότθτασ Μοντζλα Παράλλθλου Πυκνωτι και Πλευρικών Μοντζλο Αντίςταςθσ Αντίςταςθ ανά τετράγωνο R Μοντζλα RC Μοντζλο Elmore ωσ (α) ςυγχωνευμζνθ RC, (β) κατανεμθμζνθ RC 5

6 Παραςιτική Χωρητικότητα Διαςύνδεςησ V DD V DD M2 C db2 C g4 M4 V in C gd12 V out V out2 M1 C db1 C w C g3 M3 Interconnect Fanout Simplified Model V in V out C L Υπολογιςμόσ Χωρητικότητασ Απλό μοντέλο L Current flow W Electrical-field lines H t di Dielectric Substrate c int t di di WL 6

7 Σχετική Διηλεκτρική Σταθερά εr Περιεχόμενα Διαςυνδζςεισ Μοντελοποίθςθ των Παραςιτικών Διαςυνδζςεισ ςε ζνα Πραγματικό Κφκλωμα Παραςιτικι Χωρθτικότθτα Διαςφνδεςθσ Μοντζλα Χωρθτικότθτασ Μοντζλα Παράλλθλου Πυκνωτι και Πλευρικών Μοντζλο Αντίςταςθσ Αντίςταςθ ανά τετράγωνο R Μοντζλα RC Μοντζλο Elmore ωσ (α) ςυγχωνευμζνθ RC, (β) κατανεμθμζνθ RC 7

8 Μοντέλο Πλευρικών Χωρητικοτήτων (a) H W - H/2 + (b) Σύγκριςη Ακρίβειασ Μοντέλων 8

9 Χωρητικότητα Διαςυνδέςεων fringing parallel Επιρροή Χωρητικοτήτων των Διαςυνδέςεων 9

10 Χωρητικότητεσ ςε Διεργαςία 0.25μm Χωρητικότητεσ ςε Διεργαςία 0.25μm Παρακάτω φαίνονται οι χωρθτικότθτεσ μεταξφ αγωγών ςτο ίδιο επίπεδο ςε af/μm και για αγωγοφσ ελάχιςτθσ απόςταςθσ: Layer Poly M1 M2 M3 M4 M5 Capacitance

11 Περιεχόμενα Διαςυνδζςεισ Μοντελοποίθςθ των Παραςιτικών Διαςυνδζςεισ ςε ζνα Πραγματικό Κφκλωμα Παραςιτικι Χωρθτικότθτα Διαςφνδεςθσ Μοντζλα Χωρθτικότθτασ Μοντζλα Παράλλθλου Πυκνωτι και Πλευρικών Μοντζλο Αντίςταςθσ Αντίςταςθ ανά τετράγωνο R Μοντζλα RC Μοντζλο Elmore ωσ (α) ςυγχωνευμζνθ RC, (β) κατανεμθμζνθ RC Αντίςταςη R = L H W H L Sheet Resistance R o W R 1 R 2 11

12 Τιμέσ ειδικήσ αντίςταςησ ρ Αντίςταςη ανά Τετραγωνικό - R 12

13 Διαχείριςη των Αντιςτάςεων Καλι επιλογι τθσ τεχνολογίασ μελζτθ τθσ αντίςταςθσ των αγωγών Επιλεκτικι Κλιμάκωςθ οι αγωγοί δεν κλιμακώνονται με τον ίδιο ρυκμό Καλφτερα υλικά Χαλκόσ, Silicide Μείωςθ του ςυνολικοφ WL (WireLength) Περιςςότερα επίπεδα αγωγών Μποροφν να μειώςουν το μζςο WL (μζςθ απόςταςθ) Η αντίςταςθ των πάνω μετάλλων είναι ςυνικωσ μικρότερθ! Silicide PolySilicon SiO 2 n + p n + Silicides: WSi 2, TiSi 2, PtSi 2 and TaSi Conductivity: 8-10 times better than Poly 13

14 Παράδειγμα Intel 0.25μm CMOS 5 metal layers Ti/Al - Cu/Ti/TiN Polysilicon dielectric Μοντελοποίηςη Διαςύνδεςησ V out Driver c wire R driver V out V in C lumped 14

15 Περιεχόμενα Διαςυνδζςεισ Μοντελοποίθςθ των Παραςιτικών Διαςυνδζςεισ ςε ζνα Πραγματικό Κφκλωμα Παραςιτικι Χωρθτικότθτα Διαςφνδεςθσ Μοντζλα Χωρθτικότθτασ Μοντζλα Παράλλθλου Πυκνωτι και Πλευρικών Μοντζλο Αντίςταςθσ Αντίςταςθ ανά τετράγωνο R Μοντζλα RC Μοντζλο Elmore ωσ (α) ςυγχωνευμζνθ RC, (β) κατανεμθμζνθ RC Μοντέλο RC Καθυςτέρηςησ Elmore Για δζντρα αντιςτάςεων-πυκνωτών με τισ παρακάτω ιδιότθτεσ: Μια είςοδο s Ζνα κόμβο i προσ τον οποίον μασ ενδιαφζρει να υπολογίςουμε ζνα μοντζλο RC (λ.χ. κακυςτζρθςθ) Όλεσ τισ χωρθτικότθτεσ προσ τθν γείωςθ (ι πθγι) Που δεν εμπεριζχουν κλειςτοφσ βρόχουσ αντιςτάςεων (παράλλθλεσ αντιςτάςεισ δθλαδι) Υπάρχει 1 μοναδικό RC μονοπάτι μεταξφ s i Η προςζγγιςθ Elmore μπορεί να μασ υπολογίςει το ιςοδφναμο τ για οποιοδιποτε κόμβο i του δζντρου από το s. 15

16 Καθυςτέρηςη Elmore R4 R5 l C5 s R1 C1 C4 R3 C3 R2 C2 R6 C6 R7 C7 R8 i C8 k R9 C9 j Καθυςτέρηςη Elmore Ορίηουμε Rik: R κοινι αντίςταςθ μεταξφ i και k από το s: ik R j ( R [ paths( s i) paths( s k)]) j Τότε με όλουσ τουσ κόμβουσ εκφορτιςμζνουσ και μια είςοδο 0 1 ι 1 0, το ιςοδφναμο τ = RC από το s ςτο i είναι: Di n k 1 Δθλαδι πολλαπλαςιάηουμε όλουσ τουσ πυκνωτζσ k με τθν κοινι αντίςταςθ μεταξφ i και k από το s C k R ik 16

17 Καθυςτέρηςη RC Μοντέλο Elmore - 1 Καθυςτέρηςη Elmore R4 R5 l C5 s R1 C1 C4 R3 C3 R2 C2 R6 C6 R7 C7 R8 i C8 k R9 C9 j 17

18 Καθυςτέρηςη RC Μοντέλο Elmore - 2 Καθυςτέρηςη Elmore για Αγωγό Ν τμημάτων Υπόθεση: Ο αγωγός αποτελείται από N ίσα, όμοια τμήματα Για μεγάλες τιμές του Ν: 18

19 Συμπεράςματα - Κανόνεσ Οι κακυςτεριςεισ RC των αγωγών πρζπει να εξετάηονται όταν: 1. t prc ςυγκρίςιμο με t pgate τησ πφλησ που οδηγεί Lcrit t pgate / 0. 69RC 2. t r/f μικρότερο από RC tr / f RC διαφορετικά θ αλλαγι του ςιματοσ είναι πιο αργι από τθν κακυςτζρθςθ του αγωγοφ του ςιματοσ 19

Σχετικά έγγραφα

HY330 Ψηφιακά Κυκλώματα - Εισαγωγή στα Συστήματα VLSI

HY422 Εισαγωγή στα Συστήματα VLSI Διδάσκων: Χ. Σωτηρίου, Βοηθός: Π. Ματτθαιάκης http://www.csd.uoc.gr/~hy422 HY330 Ψηφιακά Κυκλώματα - Εισαγωγή στα Συστήματα VLSI Διδάσκων: Χ. Σωτηρίου, Βοηθοί: θα ανακοινωθούν