電源電圧降下の時間的・空間的広がり可視化回路の設計masu-n1 ird_clk normal...
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背景
結論
上薗 巧, 佐藤 高史,益 一哉
東京工業大学 統合研究院 益研究室
電源電圧降下の時間的・空間的広がり可視化回路の設計
目的
試作回路
測定結果
付録 ー 益研究室で試作した回路
左: アナログ回路のみ中: アナログ回路と デジタル回路右: デジタル回路のみ
・リングオシレータを用いて電圧ー周波数変換を行う回路を設計した・リングオシレータを用いてチップ内の複数の点の電源電圧を測定する手法につい て検討を行い試作チップによりその動作を確認した・本回路構成により,電源電圧降下の空間的・時間的な広がりを可視化可能である
0.92
0.93
0.94
0.95
0.92
0.93
0.94
0.95
電源電圧 [V
]
Region #15
Region #12
Region #0Region #3
800µm420µm
・Region #15の電源電圧降下発生回路のみを動作・電源電圧降下の時間・場所依存性を評価可能
VDLY
NCB
#0 #1 #2 #3
#4
#12 #14 #15
#8
#13
制御レジスタ
0.8 mm
0.8 mm
0.8 mm
0.8 mm
90nm CMOS プロセス7ML(6Cu+1Al)
VDLY
ENn1 ird_clk
normal cell blk (NCB)DSEL
sensor cell block (SCB)
logic circuit block
VSSM
VDDM
VDD
VSS
[1] T. Sato, Y. Matsumoto, K. Hirakimoto, M. Komoda, and J. Mano,“A time-slicing ring oscillator for capturing instantaneous delay degradation and power supply voltage drop,”in Proceedings of IEEE Custom Integrated Circuits Conference, 9 2006, pp. 563–566.
電源電圧の降下
周波数の低下
SCBの遅延時間が増加
電圧ー周波数変換表を予め作成しておくことで,間接的に電源電圧を測定できる
リングオシレータを用いた電圧降下測定手法[1]
SCB
SCB
NCB VDLYVDLY
SCB
SCB
CLK
SCB
en1
SCB
en2
・SCB: en=0のときSCBは1を出力する・SCBからNCBへの経路の接点にはANDを配置する →1箇所の測定点あたり1.5個のANDセルがあればよい・各区画に電源電圧降下発生回路を配置
多数点の電源電圧降下測定回路
IN
OUT
DSEL
・DSELにより,通過するBufferの数を変化 させる
可変遅延回路(VDLY)
Buffer x 7
VSSM
CLKVDDM
Shift RegisterVSSM
Buffer x 7
・Buffer列により,電源電圧降下を 発生させる
電源電圧降下発生回路
・区画#0-#15・各区画の中央に SCBを配置
Vds
Vds
Vds
チップ内電源電圧
ノード p
電源電圧
t
ノード q
ノード r
・ある点で起こった電源電圧降下は電源網を通じて他点に広がる
小面積かつ簡易に電源電圧降下の時間的・空間的広がりを可視化する回路の作成
短時間で電源電圧降下が伝わる
ほとんど電源電圧降下が伝わらない
→電源電圧の監視,電圧降下不良の事前予測
・電力密度の増加・消費電力削減のための低電圧化
・電源網の設計時に電源電圧変動を精度良く計算・予測できるツール・電源電圧を集積回路の動作時に随時観測して回路動作にフィードバックする回路
信頼性の高い回路設計を行うためには