IR-Abfall im VLSI

Die Stromverteilung innerhalb eines Chips beruht auf der Versorgung jedes Transistors, was durch die Verwendung von Metallschichten erreicht wird. Mit der Weiterentwicklung der modernen Technologie sind die Kabel, die für die Stromverteilung verantwortlich sind, kleiner geworden, während die physikalischen Abmessungen der Chips relativ unverändert geblieben sind. Bemerkenswert ist, dass trotz dieser Änderungen der Gesamtstromverbrauch der Chips relativ konstant geblieben ist.

Darüber hinaus sinkt die Spannung, wenn der Strom oder die Leistung durch einen Widerstand fließt – dies wird als IR-Abfall bezeichnet.

In diesem Artikel besprechen wir IR-Drop bei VLSI, Arten von IR-Drop und EM.

Der IR-Abfall bei VLSI ist bekannt als „Mittlerer Widerstandsabfall" bei "Sehr große Integration". Es bezieht sich auf die Änderung des elektrischen Potenzials zwischen den beiden Enden eines leitenden Drahts, wenn Strom durch ihn fließt. Diese Potenzialdifferenz wird durch den Spannungsabfall an einem Widerstand bestimmt, der durch Multiplikation des durchfließenden Stroms (I) berechnet werden kann den Widerstand durch seinen Widerstandswert (R).

V (Spannung) = I (Strom) XR (Widerstand)

Notiz:Um dies zu vermeiden, ist es wichtig, die Probleme des IR-Abfalls beim Entwurf des VLSI-Systems zu berücksichtigen.

=StrapAvg*Rs*(W/2)*(1/Wstrap)

Nstrappinspace=Dpadspacing/Lspace.

MIN. Ringbreite =wring = Ip/Rj Microm

Der statische IR-Abfall bei VLSI bezieht sich auf den durchschnittlichen Spannungsabfall, der innerhalb eines VLSI-Designs auftritt. Dieser Spannungsabfall wird durch das RC-Netzwerk des Stromnetzes beeinflusst und spielt eine entscheidende Rolle bei der Herstellung von Verbindungen zwischen der Stromversorgung und den einzelnen Zellen.

Die Größe des durchschnittlichen Spannungsabfalls wird durch verschiedene Faktoren bestimmt, einschließlich des Zeitraums, und ein wesentlicher Faktor für den statischen IR-Abfall ist der Gate-Kanal-Leckstrom.

Vstatischer Abfall = Lavy x Rwire (Lavy bezieht sich auf Leckströme)

Der dynamische IR-Abfall im VLSI führt aufgrund der hohen Schaltaktivität der Transistoren zu einem Spannungsabfall. Der Abfall erfolgt, wenn der Strombedarf im Stromversorgungsnetz steigt. Dies geschieht aufgrund von Schaltaktivitäten innerhalb des Chips. Darüber hinaus wird der IR-Abfall ausgewertet, der auftritt, wenn eine große Anzahl von Schaltkreisen gleichzeitig schaltet. Dies führt zu einem Spitzenstrombedarf.

Notiz:Ein IR-Abfall bei VLSI tritt insbesondere dann auf, wenn ein erhöhter Strombedarf aus der Stromversorgung besteht, der durch die Schaltaktivitäten des Chips ausgelöst wird.

Vdynamic_drop = L (di/dt) [L ist auf den Schaltstrom zurückzuführen]

Die allmähliche Verschiebung von Metallatomen in einem Halbleiter wird Elektromigration genannt. EM tritt auf, wenn die Stromdichte hoch genug ist, um eine Drift von Metallionen in Richtung des Elektronenflusses zu verursachen, und wird durch die Ionenflussdichte charakterisiert.

Der IR-Abfall hingegen verstärkt sich bei Vorhandensein von Elektromigration.

Bei EM-Effekten ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass Metalldrähte aufplatzen und Kurzschlüsse entstehen. Da EM den Drahtwiderstand erhöht, sinkt die Spannung. Dadurch wird das Gerät langsamer oder es kann zu einem dauerhaften Ausfall der Schaltkreise kommen.

Elektromigration (EM) führt zu einem Phänomen, bei dem die nachgeschalteten Verbindungen in einem Schaltkreis eine Verengung erfahren, während die vorgelagerten Verbindungen und Durchkontaktierungen einer Metallabscheidung unterliegen. Dieser EM-Effekt führt sowohl zur Schaffung als auch zur Unterbrechung von Verbindungen, was zu Änderungen im Widerstand von Verbindungen und Durchkontaktierungen führt.

Jedes Unternehmen hat seine eigene Methode, den IR-Abfall zu analysieren, und auf dieser Grundlage wurden Vorsichtsmaßnahmen getroffen.

Beim selbstständigen Schalten der Zellen wird der Abfall mithilfe des Drahtwiderstands berechnet. So beheben Sie den statischen IR-Abfall in VLSI:

Die Formel zur Berechnung des Dynamikabfalls erfolgt mit Hilfe des Ausschaltens der Zellen. Möglichkeiten zur Behebung des dynamischen IR-Drops:

Wenn sich der Technologieknoten zusammenzieht, führt dies zu einer Verringerung der Geometrie der Metallschichten und des Widerstands des Drahtes. Daher führte dies zu einer Versorgungsspannung während CTS, den Puffern und Wechselrichtern, die entlang des Taktpfads hinzugefügt wurden, um den Zeitversatz auszugleichen.

Der IR-Abfall zeigt den Spannungsabfall des Stroms an und diese Probleme treten sehr häufig auf. Mit verschiedenen Techniken und Maßnahmen können diese Probleme Elektromigration in Chipdesigns mit niedrigerer Geometrie verhindern und auch reduzieren.