一种电子系统认证芯片的电源规划

SMIC的0．18μm工艺库中最小二输入与非门的宽度为1．98μm。因此，若采用Meta12或Meta14作为纵向电源条，WV取0．66～7．92μm之间0．66的整数倍值；若采用Meta16作为纵向电源条，则WV取0．95～7．92μm之间0．95的整数倍值。
(2)WH的取值一般是标准单元高度的整数倍，通常选择1倍或2倍；也可以将电源条线的宽度设为整数。SMIC 0．18μm工艺库中标准单元的高度为5．04μm，则横向电源条的宽度取5．04μm或10．08μm。
(3)在电源条金属层的选择上，根据LEF的规定，纵向选择偶数层，横向选择奇数层。由于高层金属具有较小的寄生电阻，用高层金属走线可以有效地减小电压降。
(4)确定电源条线的宽度后，需要计算其间距SV，SH。可根据文献中提出的方法进行计算。
如图3所示的电源网格，在估算出Core内部横／纵向供电金属条宽基础上，可以求出功耗为P的总电流JTOTAL=P／VDD。

假设图3中A点有5％的电压降，那么位于A点其有效电阻分别为：


式中：RVW和RHW分别是竖直方向和水平方向的参考方块电阻。
假设N为纵向电源条线的对数，M为横向电源条线的对数，则其值分别为：

最后，若所设计的纵向电源条和横向电源条是均匀分布在芯片内核，则纵向电源网格的间距SV和横向电源网格的间距SH分别为：

首先对纵向电源条进行设计。由于电源条位于芯片内部，将占据一定的布线资源，而布线器一般是优先选用底层金属开始布线，因此顶层金属的布线资源比较宽裕。并且，顶层金属比其他层金属要厚一些，电气性能也要好一些，多使用顶层金属对减小IR Drop有着很大的帮助。因此选用Meta16作为纵向电源条。根据实际情况，纵向电源条的宽度WV取为7．6 μm。芯片内核区域的宽度W为1 578．085μm，高度H为1 567．44μm，因此由上述公式可得该系统认证芯片所需电源条的总对数N为5．749，取N=6，即在芯片内核区域均匀放置6对宽度为7．6μm的Meta16电源条，每对电源条之间的间距为225．44μm。
接着进行横向电源条的设计。选用高层金属Meta15作为横向电源条，宽度取为5．04μm，由上述公式可得，所需横向电源条的总宽度为87．424 μm。但是，实际上并不需要这么多电源条，因为标准单元的电源／地都通过Metal1连接到芯片内核的两端，并且与纵向电源条相连。该设计共有标准单元行(Row)312行，每行有1对0．4μm的横向电源条，相当于有312×0．4=124．8μm的电源条，大于所需的横向电源条总宽度，已经足够供应整个芯片，使水平方向的电压降小于VDD×5％=0．09 V。
为了使水平方向的电压降更小，设计了3对宽度为5．04 μm的Metal5层横向电源条，均匀分布在芯片内核区域。电源条的设计结果如图4所示。

经过后续物理设计后，在满足时序收敛的前提下，最终详细布线后电源网络VDD功耗分析的结果如表2所示，可看出，电源规划的设计很好地改善芯片内部的IR Drop，最终芯片内部不存在IR Drop的违规，满足了功耗要求，如图5所示。

3 结语
本文主要讨论了基于RSA算法的电子系统认证芯片的电源规划。基于SMIC 0．18μm工艺，首先对该芯片进行预设计，通过对预设计进行功耗预估和布线拥塞程度的分析结果，在正式设计时提高了芯片利用率，减小了芯片的面积；并且通过详细的电源规划(包括双层电源环和电源条的设计等)消除了预设计时存在的电压降违规，使该电子系统认证芯片最终满足功耗要求和时序收敛。