Handsout12

クロック，電源配線
Signal Integrity : 信号の品質保証．クロストークや反射等
により，信号波形に乱れが生じ，遅延や消費電力が大きく
なるのを防ぐため，信号波形の乱れを一定の範囲に収め
る技術の総称． Clock Integrity : クロック信号の品質保証． Power Integrity : 電源系の品質保証． Design Automa9on Handsout 12
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Intel 65nm 8層金属配線 Cu デュアルダマシン，low k 絶縁膜
上層の配線は下層に比べると厚く，
太い．上層の２〜３層を電源やクロッ
ク配線の基幹部分に使用する． 信号の伝搬は，主に中層以下の配線
層で行なう．３〜４層をグローバルな
信号配線に使用し，下層の２層程度
をローカルな信号，電源，クロック配
線にを使用する． 配線層がすくないと（２〜３層），IRドロップを考慮した電源配線やスキューを考慮し
たクロック配線を行なう余地がない．ローカルな信号，電源，クロック配線で最低で
も２層必要であるので，グローバルな信号，クロック，電源配線を行なう余地がない．
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ＣＭＰ
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Ｄａｍａｓｃｅｎｅ（ダマシン）プロセスによる配線
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象嵌（ぞうがん、象眼とも）は、工芸技法のひとつ。
象は「かたどる」、嵌は「はめる」と言う意味がある。
象嵌本来の意味は、一つの素材に異質の素材を嵌
め込むと言う意味で金工象嵌、木工象嵌、陶象嵌
等がある。その中の金工象嵌は、シリアのダマス
カスで生まれ、シルクロード経由で飛鳥時代に日本
に伝わったとされる。
螺鈿（らでん）の琵琶
螺鈿紫檀五絃琵琶（正倉院宝物）
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Al ２層配線の断面． 配線層の平面性が低く，見た目に「でこぼこ」． このようなプロセスでは多層配線は不可能． 大規模な回路では，長距離を結ぶ配線，スキューの小さいクロッ
ク配線，強力は電源系が必要になるが，このような配線層では
対応できない． Design Automa9on Handsout 12
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電源配線
標準セル（スタンダードセル）では電源の位置
が固定されていて，並べればつながるように
なっている（１〜２層目を使用）
標準セルで作られたモジュールやメガセルは
周囲を電源リングで補強する．（専用のプログ
ラムで生成）
チップレベルでは上層の配線層(メッ
シュ構成）で，下層のモジュールに
電源を供給する．
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電源配線
電源配線は，クロック，信号配線に先立ち行なわれる． IRドロップが許容値以下であることが安定な回路動作に必須であり，そのた
めに回路動作時の電源電流の解析が必要になる．
精密な値を求めるには，回路全体をSpiceなどの回路シミュレータで過渡解
析を行なう必要があるが，回路規模が大きいと実用的ではない．
各ゲートのピーク電流の和では非現実的な値になるので，ゲートのスイッチ
ング確率等を考慮した値を使用したスタティック解析を行なう．
IRドロップ　：　回路が動作する際に流れる電流で，電源電圧が変動すること． Design Automa9on Handsout 12
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電源配線
電荷が引き抜かれる
出力がL-­‐>Hになるゲート
近くにあるゲート（複数）の
出力についた浮遊容量
ゲートのスイッチに伴う電荷の動き． ある程度規模のゲートの固まりについての平均電流が求め
られれば，電流源と抵抗でモデル化できる．
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電源配線
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電源配線
対策： IRドロップが大きいところ＝電流要求が大きい 大きいところの電源配線を強化（密度をあげる，
配線を太くする）
例） 上層の配線層を使用して，電源を強化する． （下層の配線層を太くすると，配置を変更する
必要が生じることがある）
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クロック配線
クロックのスキューを許容できる値まで小さくする． （クロック周期の５％程度） Skew : F/Fのクロック信号の立ち
上がり時刻のずれ． F/F の数は，全ゲート数の１０〜
２０％になることもある．
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クロック配線
クロックドライバからF/Fまでの遅延をそろえる． !"#$%
すべてのクロック配線の長さをそろえる． ー＞どうやって配線する？ 配線長が長くなると遅延が増える． ー＞駆動力の大きいゲートで駆動 配線長が長くなると立ち上がりが遅くなる． ー＞配線の途中にバッファを入れる
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クロック配線
クロックドライバからF/Fまでの遅延をそろえる． 配線長をそろえる
すべてのクロック配線の長さをそろえる． ー＞Tree状の配線 ーー＞配線に必要な面積が増える！！ 配線長が長くなると遅延が増える． ー＞駆動力の大きいゲートで駆動 配線長が長くなると立ち上がりが遅くなる． ー＞配線の途中にバッファを入れる． ーー＞消費電力の増加！！
クロック系の消費電力が全消費電力の２０〜３０％になることもある．
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クロック配線
クロックドライバからF/Fまでの遅延をそろえる． Design Automa9on Handsout 12
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クロック配線
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クロック配線
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クロック配線
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