专利名称：Lsi系统设计方法
技术领域：
本发明涉及一种有关包含LSI的系统的所谓高水平设计的设计方法。
LSI迎来了大转折点。迄今为止，LSI厂家都是通过倾力于细微化来构筑CMOS LSI战略的。但是，时至今日，仅靠微细化来兼顾CMOS LSI的高速化和低电力化这两个方面已经比较困难了。(参照“从微细化转向综合实力，再构筑CMOS战略”日经微观设计，2000年8月号，PP.118-121)。
兼顾高速化和低电力化两个方面的困难问题之一，是泄漏电流的问题。
即，如果伴随着微细化来推进栅极氧化膜的薄膜化，则栅漏电流剧增，从而不能满足应用设备的要求。例如，在相当于0.15μm规格的栅极氧化膜厚度为2-2.5nm的产品规格中，穿过栅极氧化膜的遂道电流值超过了移动式机器所要求的数μA的待机电流值。另一方面，如果想要按应用机器的要求来控制待机电流，则对高速化来说是必不可少的栅极氧化膜的薄膜化无法进一步提高。这就意味着，要兼顾高速化和低电力化两方面是极为困难的。
为了达到以上所述目的，本发明第一技术方案的LSI系统设计方法，是在系统设计水平上设计包含LSI的系统的方法，包括对于构成系统的各功能单位，一面评价该系统整体的性能及消耗电力，一面决定设计条件的步骤；所述步骤是对所述各功能单位中的至少任意一个，预先准备表示泄漏电流与性能的协调关系的硬件模型，并且一面参照所述硬件模型所表示的协调关系，一面决定该功能单位的设计条件。
本发明的第二技术方案的LSI系统设计方法，把所述第一技术方案的LSI系统设计方法的设计条件设定为包括电源电压、阈值电压以及栅极绝缘膜厚度中的至少任意一个。
本发明的第三技术方案的LSI系统设计方法，把所述第一技术方案的LSI系统设计方法的硬件模型设定为包括把阈值电压作为媒介变数来记述由源-漏泄漏电流产生的泄漏电力与性能的关系的内容。
本发明的第四技术方案的LSI系统设计方法，把所述第一技术方案的LSI系统设计方法的硬件模型设定为包括把电源电压作为媒介变数来记述由栅漏电流产生的泄漏电力与性能的关系的内容。
本发明的第五技术方案的LSI系统设计方法，把所述第一技术方案的LSI系统设计方法的硬件模型设定为包括把栅极绝缘膜厚度作为媒介变数来记述由栅漏电流产生的泄漏电力与性能的关系的内容。
另外，本发明的第六技术方案的LSI系统设计装置，是在系统设计水平上设计包含LSI的系统的装置，作为对于构成系统的各功能单位，一面评价该系统整体的性能及消耗电力，一面决定设计条件的装置，对所述各功能单位中的至少任意一个，使用预先准备的表示泄漏电流与性能的协调关系的硬件模型，一面参照所述硬件模型所表示的协调关系，一面决定该功能单位的设计条件。
另外，本发明的第七技术方案的记录有让计算机执行的程序的记录媒体，作为记录有用于让计算机在系统设计水平上设计包含LSI的系统的程序的记录媒体，使计算机执行对于构成系统的各功能单位，一面评价该系统整体的性能及消耗电力，一面决定设计条件的步骤；在所述步骤中，对所述各功能单位中的至少任意一个，使用预先准备的表示泄漏电流与性能的协调关系的硬件模型，一面参照所述硬件模型所表示的协调关系，一面决定该功能单位的设计条件。
图1是表示本实施例中的构成作为设计对象的LSI系统的各功能单位的工作概略的时间图。
图2是表示功能单位D的硬件模型一例的图。
图3是表示通过软件全部实现了各功能单位时的评价结果的图。
图4是表示通过硬件D1实现了功能单位D时的评价结果的图。
图5是表示通过硬件D2实现了功能单位D时的评价结果的图。
图6是综合图3～图5的评价结果的图。
图7是表示图2的各硬件模型的实现方法的图。
图8是表示考虑了栅漏电流的硬件模型，即以电源电压为媒介变数的硬件模型一例的图。
图9是表示考虑了栅漏电流的硬件模型，即以栅极绝缘膜厚度为媒介变数的硬件模型一例的图。
下面简要说明附图符号VDD—电源电压，Vth—阈值电压，Tpd—性能，Pleak—由源-漏泄漏电流产生的泄漏电力，Pgleak—由栅漏电流产生的泄漏电力，Tox—栅极绝缘膜厚度。
本实施例对含有LSI的系统，在被称为系统设计水平的高层次上进行设计。在此，采用被称为硬件软件互补设计的设计手法。所谓“硬件软件互补设计”，是指将硬件和软件掺和在同一系统内的设计。具体地说，关于构成LSI系统的各功能单位，首先，全部利用使用了CPU的软件来实现，评价此时的系统整体的处理时间。而且，为使处理时间满足给定的规格，按照把功能单位依次置换为适当的硬件这样的顺序来实行。
图1是表示构成设计对象的LSI系统的各功能单位的工作概况的时间图。构成LSI系统的各功能单位A，B，C，D按照图1所示的时间进行工作。
而且，本实施例关于功能单位D，准备了表示泄漏电流与性能的协调关系的硬件模型。
图2是表示功能单位D的硬件模型的一例的图。在本实施例中，如图2(a)所示，作为功能单位D的硬件模型准备了以阈值电压Vth作为媒介变数来记述源-漏泄漏电流产生的泄漏电力Pleak与性能(延迟)tpd的关系的列表数据。在此，电源电压及氧化膜厚度，给定的值是一定的。
一般来说，性能tpd以及泄漏电力Pleak按照以下所述的式子来表示。
式1在此，VDD是电源电压，C是电容，k、m是常数，S是平方常数。因此，在使阈值电压Vth的值产生变化时，性能tpd及泄漏电力Pleak沿如图2(b)所示那样的曲线变化。
下面，参照图3～图5就有关与本实施例相关的LSI系统设计方法进行说明。
首先，如图3(a)所示，通过软件全部实现了构成系统的各功能单位A、B、C、D。图3(b)、(c)表示此时的CPU负载及消耗电力的评价结果。如图3(b)所示，此时的处理时间是“6.0”，如图3(c)所示，由CPU的泄漏电流产生的耗电量为“6.0”(＝1×6)。
其次，如图4(a)所示，假设通过硬件只实现了功能单位D。图4(b)、(c)表示此时的CPU负载及消耗电力的评价结果。此时，如图4(b)所示，功能单位D的处理时间tpd从“2.0”缩短到“0.5”，系统整体的处理时间为“4.5”。另一方面，如图4(c)所示，由功能单位D的泄漏电流产生的电力消耗新产生出来，因泄漏电流产生的耗电量，加上CPU的部分为“13.5”(＝(1+2)×4.5)。
再有，如图5所示，假定通过硬件D2只实现了功能单位D。图5(b)、(c)表示此时的CPU负载及消耗电力的评价结果。此时，如图5(b)所示，功能单位D的处理时间tpd为“1.0”，系统整体的处理时间为“5.0”。另一方面，如图5(c)所示，因泄漏电流产生的耗电量，加上CPU的部分为“7.5”(＝(1+0.5)×5)。
图6是综合了所述评价结果的图。从图6可知，在通过软件实现了功能单位D的情况下，因泄漏电流产生的耗电量变得最小，但其反面是使处理时间变长。另一方面，在通过硬件D1实现了功能单位D的情况下，处理时间变得最短，但因泄漏电流产生的耗电量却变得最大。而且，在通过硬件D2实现了功能单位D的情况下，比较通过软件实现了功能单位D的情况，由泄漏电流产生的耗电量并不那么大，能缩短处理时间。参照图6的评价结果，可以结合想要设计的LSI系统的用途和功能，选择功能单位D的实现方法和设计条件(在此阈值电压为Vth)。
并且，如图2所示的阈值电压Vt的设定，能通过VT CMOS等一般的阈值电压控制技术来比较容易地实现。图7(a)是对应硬件D1、D2的晶体管电路图。在硬件D2中，通过给衬底电位施加偏置电压，可设定与硬件D1不同的阈值电压Vt。而且，图7(b)、(c)，分别是概念性地表示对应硬件D1、D2的晶体管结构的附图。在图7(b)的结构中，晶体管的源极直接连接在衬底接点11上，另一方面，在图7(c)的结构中，晶体管的源极通过DC-DC转换器12连接在衬底接点11上。
另外，在此，作为泄漏电流，考虑到了源-漏泄漏电流，对于栅漏电流也能同样地考虑。
一般来说，性能tpd及栅漏电流Igleak，通过以下所述的式子表示。
式2在此，A、n是常数，VDD是电源电压，Tox是栅极绝缘膜厚度。从上式可知，栅漏电流Igleak和性能tpd的关系，能以电源电压VDD作为媒介变数来进行记述，另外，也能以栅极绝缘膜厚度Tox作为媒介变数来进行记述。就是说，关于栅漏电流，能准备如图8及图9所示那样的硬件模型。
在图8(a)中，作为功能单位D的硬件模型，表示了以电源电压VDD作为媒介变数记述由栅漏电流产生的泄漏电力pgleak与性能tpd的关系的列表数据。在此，设阈值电压Vt及栅极绝缘膜厚度Tox，给定的值是一定的。使电源电压VDD的值变化时，性能tpd及泄漏电力pgleak沿如图8(b)所示的曲线变化。
在图9(a)中，作为功能单位D的硬件模型，表示了以栅极绝缘膜厚度Tox作为媒介变数记述由栅漏电流产生的泄漏电力pgleak与性能tpd的关系的列表数据。在此，设电源电压VDD及阈值电压Vt给定的值是一定的。使栅极绝缘膜厚度Tox的值变化时，性能tpd及泄漏电力pgleak沿如图9(b)所示的曲线变化。
通过使用如图8或图9所示的硬件模型，采用与所述方法同样的方法进行系统设计，能进行考虑了栅漏电流的高层次设计。
并且，本发明的实施例的LSI系统设计方法，能通过配置有执行用来实现该方法的程序的计算机的装置来实现。而且，本发明的实施例的LSI系统设计方法能通过把用于实现该方法的程序记录到计算机可读记录媒体中，并使计算机执行记录在该记录媒体上的程序来实现。tpd=k·C×VDD(VDD-Vth)2]]>Pleak=VDD×Ileak=m·exp(-VthS/ln10×VDD)]]>式1tpd＝n×Tox×Cload×VDD/(VDD-Vth)2Ig_leak＝(VDD/Tox)2×exp(-A×Tox/VDD)式权利要求
1.一种LSI系统设计方法，在系统设计水平上设计包含LSI的系统，其特征在于包括对于构成系统的各功能单位，一面评价该系统整体的性能及消耗电力，一面决定设计条件的步骤；所述步骤是对所述各功能单位中的至少任意一个功能单位，预先准备表示泄漏电流与性能的协调关系的硬件模型；一面参照由所述硬件模型表示的协调关系，一面决定该功能单位的设计条件。
2.根据权利要求1所述的LSI系统设计方法，其特征在于所述设计条件包括电源电压、阈值电压以及栅极绝缘膜厚度中的至少任意一个。
3.根据权利要求1所述的LSI系统设计方法，其特征在于所述硬件模型包括把阈值电压作为媒介变数来记述由源-漏泄漏电流产生的泄漏电力与性能的关系的内容。
4.根据权利要求1所述的LSI系统设计方法，其特征在于所述硬件模型设包括把电源电压作为媒介变数来记述由栅漏电流产生的泄漏电力与性能的关系的内容。
5.根据权利要求1所述的LSI系统设计方法，其特征在于所述硬件模型包括把栅极绝缘膜厚度作为媒介变数来记述由栅漏电流产生的泄漏电力与性能的关系的内容。
6.一种LSI系统设计装置，在系统设计水平上设计包含LSI的系统，其特征在于对构成系统的各功能单位，一面评价该系统整体的性能及消耗电力，一面决定设计条件；使用针对所述各功能单位中的至少任意一个功能单位，预先准备的表示泄漏电流与性能的协调关系的硬件模型；一面参照所述硬件模型所表示的协调关系，一面决定该功能单位的设计条件。
7.一种记录有让计算机执行的程序的记录媒体，记录有让计算机在系统设计水平上设计包含LSI的系统的程序，其特征在于使计算机执行对构成系统的各功能单位，一面评价该系统整体的性能及消耗电力，一面决定设计条件的步骤；在所述步骤中，使用针对所述各功能单位中的至少任意一个功能单位，预先准备的表示泄漏电流与性能的协调关系的硬件模型；一面参照所述硬件模型所表示的协调关系，一面决定该功能单位的设计条件。
全文摘要
一种LSI系统设计方法，对构成系统的功能单位，预先准备表示泄漏电流与性能的协调关系的硬件模型。在该硬件模型中，例如以阈值电压Vth作为媒介变数记述有性能tpd与源－漏泄漏电流pleak的关系。一面参照这样的硬件模型所表示的协调关系，一面评价系统整体的性能及消耗电力，制定功能单位的设计条件。在有关包含LSI的系统的高水平设计中考虑了峰值电流。
文档编号G06F17/50GK1435873SQ0210287
公开日2003年8月13日 申请日期2002年1月28日 优先权日2000年12月6日
发明者高桥美和夏, 水野洋, 森胁俊幸, 新出弘纪 申请人:松下电器产业株式会社