Разработка и исследование алгоритмов компиляционного формирования и решения математических моделей ИС на этапе схемотехнического проектирования

• Автор: Булах, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 129 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР АЛГОРИТМОВ И МЕТОДОВ СХЕМОТЕХНИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ИС

1.1. Постановка задачи моделирования ИС

1.2. Анализ принципов работы программ моделирования

1.3. Алгоритмы сокращения вычислительных затрат при формировании и решении математических моделей ИС.

1.4. Анализ недостатков алгоритмов сокращения вычислительных затрат

1.5. Выводы

1.6. Цели и задачи работы. 4

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА КОМПИЛЯЦИОННОГО ФОРМИРОВАНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ИС. 4
2.1. Обоснование необходимости разработки нового алгоритма формирования математических моделей ИС.
2.2. Предлагаемый алгоритм компиляционного формирования математических моделей ИС. 4
2.3. Предлагаемый алгоритм работы программы моделирования ИС.
2.4. Анализ преимуществ, обусловленных применением алгоритма компиляционного формирования математических моделей ИС.
2.5. Области применения предлагаемого алгоритма
2.6. Выводы
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ПОЛУЧЕНИЯ ВЫРАЖЕНИЙ ДЛЯ ЗАПИСИ КОРНЯ СЛАУ В АНАЛИТИЧЕСКОМ ВИДЕ.
3.1. Зыбор метода решения математической модели
3.2. Структура предлагаемого алгоритма.
3.3. Предлагаемая модификация программ моделирования.
3.4. Теоретическая оценка эффективности применения алгоритма.
3.5. Сравнение разработанного алгоритма с применяемыми алгоритмами решения математической модели ИС.
3.6. Выводы. ВО
ГЛАВА 4 . ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМОВ И РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕСТИРОВАНИЯ
4.1. Комплекс алгоритмов и методика тестирования работы программы моделирования.
4.2. Функциональные блоки разработанного симулятора
4.3. Программная реализация алгоритма компиляционного формирования математической модели ИС и его тестирование
4.4. Программная реализация алгоритма получения аналитических выражений для вычисления корня СЛАУ и его тестирование
4.5. Сравнение времн расчтов схем в двух режимах работы программы моделирования
4.6. Перспективы применения алгоритма компиляционного формирования математических моделей
4.7. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


В настоящее время в технологии производства ИС происходит переход на субмикронный уровень, что приводит к требованию значительной модификации и усложнению существующих моделей полупроводниковых элементов для того, чтобы наиболее полно описывать все протекающие процессы в схемотехнических компонентах такого размера. В связи с этим становится очевидной актуальность разработки новых алгоритмов и методов формирования математических моделей схем и новых подходов к их решению, не требующих дополнительных аппаратных затрат и позволяющих проводить моделирование ИС с высокой точностью. Цель работы. Целью данной диссертационной работы является разработка алгоритмического и программного обеспечения для ускорения процесса моделирования ИС во временной области на этапе схемотехнического проектирования. Научная новизна работы. Предложен алгоритм компиляционного формирования математических моделей ИС, основанный на процедуре генерации программного кода на языке программирования высокого уровня С++, описывающего процессы формирования и решения математической модели каждой конкретной схемы. Предложенный алгоритм позволяет ускорить процесс формирования математических моделей ИС и снизить затраты ресурсов оперативной памяти на их хранение. Разработан быстродействующий алгоритм получения аналитических выражений в явном виде для решения математической модели ИС, базирующийся решении СЛАУ с применением точных методов. Разработанный алгоритм позволяет получить выражения для вычисления корней СЛАУ в таком виде, который делает возможным распараллеливание процесса решения математической модели, что позволяет значительно повысить скорость вычислений. Разработан алгоритм работы программ моделирования, реализующих предложенные алгоритмы формирования математической модели ИС и её решения. Практическая значимость работы. Cadence», «Synopsys» и другими, а также значительно уменьшить размер требуемой оперативной памяти, что приводит к возможности моделировать схемы, содержащие большее число схемотехнических элементов. Внедрение результатов. Диссертационная работа являлась составной частью мероприятий проектно-конструкторской деятельности ОАО «Ангстрем» по созданию библиотеки промышленно выпускаемых базозых матричных кристаллов. Положения, выносимые на защиту. ИС, базирующийся на получении аналитических выражений для вычисления корня СЛАУ. ГЛАВА 1. ОБЗОР АЛГОРИТМОВ И МЕТОДОВ СХЕМОТЕХНИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ИС. Задача своевременного выпуска работоспособных ИС, пригодных к использованию, сложна и требует выполнения большого числа этапов [1, 2]. Среди всех этапов проектирования ИС одним из основных как с точки зрения количества затрачиваемого времени, так и с точки зрения количества выполняемых проектировщиком действий является схемотехнический этап проектирования [1, 2, 3, 4]. Задача анализа заключается в формировании математической модели анализируемой ИС в виде системы нелинейных интегро-дифференциальных уравнений и её решении. При этом в большинстве случаев проектировщик выполняет анализ статических и динамических характеристик. В ходе анализа производится моделирование физических процессов, происходящих в схеме. Например, определяются токи компонентов схемы, потенциалы в узлах и напряжения на выходах схемы, а также моделируется степень изменения этих характеристик з зависимости от изменения внешних условий. В данной главе проводится анализ существующих математических и алгоритмических подходоз, применяющихся для моделирования схем на этапе схемотехнического проектирования. Выявляются недостатки существующих алгоритмов, формулируются задачи, решение которых поззолит устранить эти недостатки. Постановка задачи моделирования ИС. Согласно [5] комплексы программ, выполняющие моделирование на этапе схемотехнического проектирования, условно можно разделить на три поколения. Основными критериями, по которым это можно сделать, являются применяемые математические методы и алгоритмы для хранения и обработки данных. Ко зторому поколению принадлежат программы, не имеющие ограничений на шаг интегрирования, так как в них используются неявные методы интегрирования.