Simultaneous slack budgeting and retiming for synchronous circuits optimization

Abstract- With the challenges of growing functionality and scaling chip size, the possible performance improvements should be considered in the earlier IC design stages, which gives more freedom to the later optimization. Potential slack as an effective metric of possible performance improvements is considered in this work which, as far as we known, is the first work that maximizes the potential slack by retiming for synchronous sequential circuit. A simultaneous slack budgeting and incremental retiming algorithm is proposed for maximizing potential slack. The overall slack budget is optimized by relocating the FFs iteratively with the MIS-based slack estimation. Compared with the potential slack of a well-known min-period retiming, our algorithm improves potential slack averagely 19.6 % without degrading the circuit performance in reasonable runtime. Furthermore, at the expense of a small amount of timing performance, 0.52 % and 2.08%, the potential slack is increased averagely by 19.89 % and 28.16 % separately, which give a hint of the tradeoff between the timing performance and the slack budget.

Optimal Integer Delay Budgeting on Directed Acyclic Graphs

Delay budget is an excess delay each component of a design can tolerate under a given timing constraint. Delay budgeting has been widely exploited to improve the design quality. We present an optimal integer delay budgeting algorithm. Due to numerical instability and discreteness of libraries of components during library mapping in design optimization flow, integer solution for delay budgeting is essential. We prove that integer budgeting problem - a 20-year old open problem in design optimization [7]- can be solved optimally in polynomial time. We applied optimal delay budgeting in mapping applications on FPGA platform using pre-optimized cores of FPGA libraries. For each application we go through synthesis and place and route stages in order to obtain accurate results. Our optimal algorithm outperforms ZSA algorithm [3] in terms of area by 10% on average for all applications. In some applications, optimal delay budgeting can speedup runtime of place and route up to 2 times

Manufacturability Aware Design.

The aim of this work is to provide solutions that optimize the tradeoffs among design, manufacturability, and cost of ownership posed by technology scaling and sub-wavelength lithography. These solutions may take the form of robust circuit designs, cost-effective resolution technologies, accurate modeling considering process variations, and design rules assessment. We first establish a framework for assessing the impact of process variation on circuit performance, product value and return on investment on alternative processes. Key features include comprehensive modeling and different handling on die-to-die and within-die variation, accurate models of correlations of variation, realistic and quantified projection to future process nodes, and performance sensitivity analysis to improved control of individual device parameter and variation sources. Then we describe a novel minimum cost of correction methodology which determines the level of correction of each layout feature such that the prescribed parametric yield is attained with minimum RET (Resolution Enhancement Technology) cost. This timing driven OPC (Optical Proximity Correction) insertion flow uses a mathematical programming based slack budgeting algorithm to determine OPC level for all polysilicon gate geometries. Designs adopting this methodology show up to 20% MEBES (Manufacturing Electron Beam Exposure System) data volume reduction and 39% OPC runtime improvement. When the systematic correction residual errors become unavoidable, we analyze their impact on a state-of-art microprocessor's speedpath skew. A platform is created for diagnosing and improving OPC quality on gates with specific functionality such as critical gates or matching transistors. Significant changes in full-chip timing analysis indicate the necessity of a post-OPC performance verification design flow. Finally, we quantify the performance, manufacturability and mask cost impact of globally applying several common restrictive design rules. Novel approaches such as locally adapting FDRs (flexible design rules) based on image parameters range, and DRC Plus (preferred design rule enforcement with 2D pattern matching) are also described.Ph.D.Electrical EngineeringUniversity of Michigan, Horace H. Rackham School of Graduate Studieshttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/57676/2/jiey_1.pd

Conception d'un système de synthèse orienté-objet multiplateforme en vue d'une nouvelle méthode de synthèse

La loi de Moore prédit que le nombre de composants dans un circuit double tous les 18 mois. Cette augmentation permet de diminuer les délais dans ces composants, mais amènent une augmentation des délais liés aux interconnexions par rapport aux délais dans les composants et de la consommation de puissance. Récemment, les délais dans les interconnexions sont devenus trop importants par rapport aux délais dans les portes logiques au point où la méthode de synthèse automatisée de circuits intégrés actuelle est devenue inadéquate. Puisque le traitement des interconnexions s'effectue lors de la synthèse physique, une nouvelle approche, inversant les étapes de la synthèse physique et de la synthèse logique, a été envisagée. La conception d'un système, utilisant un langage orienté-objet et offrant de la portabilité et une intégration de modules futurs, a été l'objet de cette recherche puisqu'un système utilisant un tel procédé n'a pas encore vu le jour. Une plate-forme de synthèse a été développée et celle-ci a été testée à l'aide d'un module de gestion de budgets de délai. Premièrement, une lecture de la description logique du circuit provenant de la synthèse comportementale a été effectuée en utilisant un décomposeur analytique et un analyseur syntaxique. Ensuite, pendant cette lecture, un réseau booléen hiérarchique représentant le circuit a été bâti selon une infrastructure prédéfinie. Afin de pouvoir tester la plate-forme, des budgets de délais ont été assignés à chaque noeud du réseau en propageant le temps d'arrivée et le temps requis dans un circuit provenant d'une description logique hiérarchique complexe. Finalement, la gestion de budgets de délai a été faite par un algorithme conçu à cet effet et les résultats de celle-ci ont été analysés. Le résultat obtenu est une plate-forme de synthèse capable de faire de la gestion de budget de délais sur les chemins critiques dans un circuit donné. De plus, celle-ci pourra être utilisée de nouveau pour d'autres projets liés à la synthèse de circuits. La pertinence de cette recherche repose sur la résolution d'un problème grandissant dans le monde de la synthèse automatisée des circuits intégrés