低漏功耗标准单元包的设计与研究

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随着工艺的进步,集成电路最小特征尺寸的缩小以及集成度的不断提高,漏功耗已经成为集成电路设计领域最严峻的挑战。当工艺尺寸进入深亚微米级以后,漏功耗所占比例将随着尺寸的不断缩小而逐步变大,漏功耗从130nm工艺开始变得日益显著。在纳米级,漏功耗甚至占到总功耗的50%以上。漏功耗已经成为可以和动态功耗抗衡的功耗来源。在低功耗设计中,低漏功耗的设计已经成为不可忽视的一个方面。标准单元的设计方法是当今数字集成电路设计的基础,标准单元的质量和性能在集成电路设计有举足轻重的作用。标准单元库为数字IC流程的各个阶段提供支撑。标准单元的好坏关系到整个芯片的设计质量,因而在数字芯片设计中占有十分重要的地位。标准单元是ASIC芯片设计的基础,低漏功耗ASIC芯片的设计与实现依赖于低漏功耗的标准单元。如何进一步降低标准单元的漏功耗,探索低漏功耗标准单元的创新设计具有重要的学术意义和实用价值。本文首先介绍了CMOS低漏功耗标准单元包的建库技术和流程,讨论了低漏功耗标准单元的设计在ASIC设计中的应用。然后,重点研究了低漏功耗标准单元包的设计,在中芯国际130nm CMOS(SMIC13)工艺的基础上开发出具有低漏功耗特性的基本标准单元,为基于标准单元的低漏设计提供支撑。根据建库的基本原理,本课题的具体研究工作大致可分为以下几个部分:1、对SMIC13单元库中的标准单元进行研究分析,根据漏功耗产生机理和漏功耗减小技术,对标准单元的电路结构进行改进,并对电路尺寸进行优化以达到漏功耗减小效果;2、完成低漏功耗单元的版图绘制,对所设计的单元版图做一次全面的检查,为了在布局布线阶段减少布线误差,所有的单元都严格按照工艺文件的规则来设计,包括标准单元的高度,宽度,和PIN的摆放等问题,例如金属一层的半间距规则,要求金属一层到边界的距离为最小规则的一半;3、对所设计的单元进行布局布线库的设计,通过Cadence的Abstract软件,对所有的标准单元进行物理抽象提取,主要是对金属一层的形状,PIN的位置等进行信息提取,用于后端的自动布局布线;4、对所有的单元做综合库的提取,使用NCX和HSPICE完成单元电路的特征化工作,生成可用于逻辑综合的综合库;5、用所设计的标准单元做一个试验性质的ASIC设计,完成逻辑综合到布局布线的过程,并验证漏功耗的减小效果以及物理规则的正确性。最后的实验结果表明在保证设计规则的前提下,所设计的标准单元包具有一定的漏功耗特性,达到了预期的目的。
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