集積回路電源の統計的解析手法と最適化に関する研究

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半導体プロセスの微細化にともなって電源ノイズが集積回路内外に与える影響が大きくなり、電圧降下や不要電磁放射による回路動作の不具合が報告されている。このような問題を防止するため、電源供給回路の設計や検証において高精度な電源解析が求められている。集積回路の大規模化による解析規模の増大、製造ばらつきや回路の動作状態依存性による解析条件の複雑化等から、電源解析の計算コストは指数関数的に増大している。本研究では、電子機器の電源供給回路設計を効率化するため、状態依存性を考慮した高精度な集積回路電源モデルを実現することを目的としている。本年度はその要素技術として電源間容量のモデル化手法と電流測定手法を確立した。回路の状態に依存して変化する集積回路の電源・グラウンド間容量を高速に計算する手法を既に提案しているが、回路の状態数は入力端子とフリップフロップ数に対して指数関数的に増えるため、考え得る全ての状態の電源間容量を知ることは困難である。そこで複数の回路の電源間容量分布の計算結果を検討した。その結果、大規模回路では状態依存性による電源間容量分布が正規分布でモデル化できること、また分布が多峰型となり得ることを見出した。こうした正確なモデルに基づいて、集積回路の内部状態依存による容量変動量を初めて明らかにした。また、回路の内部状態遷移にともなって流れる電源電流の波形を直接観測する手法を提案した。集積回路の電源・グラウンド間にプローブ針を直接接続することによる回路への影響を見積もり、許容誤差に応じたデカップリング容量を適切に挿入することで、回路への影響と測定誤差を制御できる。シミュレーションにより提案手法の妥当性を確認した。