《电子技术应用》
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Innovus机器学习在高性能CPU设计中的应用
2020年电子技术应用第8期
边少鲜1,Micheal Feng1,David Yue1,栾晓琨1,蔡 准2,蒋剑锋1
1.天津飞腾信息技术有限公司,湖南 长沙410000;2.上海楷登电子科技有限公司,上海201204
摘要: 高性能芯片设计在7 nm及更高级的工艺节点上,设计规模更大、频率更高、设计数据和可变性更复杂,物理设计难度增大。机器学习在多领域均获得成功应用,复杂的芯片设计是应用机器学习的一个很好的领域。Cadence将机器学习算法内置到Innovus工具中,通过对芯片设计数据进行学习建模,建立机器学习模型,从而提升芯片性能表现。建立了一个应用机器学习优化延时的物理流程来提升芯片设计性能。详细讨论分析了分别对单元延时、线延时、单元和线延时进行优化对设计的影响,进而找到一个较好的延时优化方案。最后利用另一款设计难度更大,性能要求更高的模块从时序、功耗、线长等方面较为全面地分析验证设计方案的合理性。
中图分类号: TN402
文献标识码: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.209801
中文引用格式: 边少鲜,Micheal Feng,David Yue,等. Innovus机器学习在高性能CPU设计中的应用[J].电子技术应用,2020,46(8):54-59,63.
英文引用格式: Bian Shaoxian,Micheal Feng,David Yue,et al. Innovus machine learning application in performance CPU design[J]. Application of Electronic Technique,2020,46(8):54-59,63.
Innovus machine learning application in performance CPU design
Bian Shaoxian1,Micheal Feng1,David Yue1,Luan Xiaokun1,Cai Zhun2,Jiang Jianfeng1
1.Tianjin Phytium Technology Co.,Ltd.,Changsha 410000,China;2.Cadence Design Systems,Inc.,Shanghai 202014,China
Abstract: The high-performance chip design has a larger design scale, higher frequency, more complex design data and reliability, and more signoff indicators under 7 nm and higher process nodes. Machine learning has been successfully applied in many fields, and complex chip design is a good field for applying machine learning. Cadence built the algorithm into the Innovus tool, and built the machine learning model by learning and modeling the chip design data to improve chip performance. A physical design process that applies machine learning to optimize latency is established to improve chip design performance. This paper presents a machining-learning-based physical design flow that optimizes delay to improve chip design performance. In orde to choose a better solution,the effect of optimizing the cell delay,net delay,cell and net delay separately on the design was discussed and analyisised in detail. Finally,the solution is applied to another block design with more difficult design and higher performance requirements . To verifies the consistency of the flow,a more comprehensive analysis is completed from the aspects of timing,power,wire length,etc.
Key words : machine learning;Innovus;chip design;physical design

0 引言

    摩尔定律揭示了集成电路的集成度和技术节点的飞速发展,这使得芯片设计的复杂度和数据量快速上升,尤其是芯片的物理设计更是涉及海量的数据和信息,且运行时间和设计周期漫长,迭代一次的时间和资源代价很大,这对设计师的经验与能力要求很高。机器学习如今在各个领域都有广泛的应用,其能学习数据规律建立模型从而快速推断结果[1]。如果能在物理设计中应用机器学习挖掘设计规律,且基于推断的求解来进行物理设计,可加速芯片设计。国内外很多学者在此方面有了成功的研究,包括PAN D Z等详细介绍的在物理设计中应用机器学习[2]。LI B使用机器学习由全局布线线预测详细布线结果[3]。TSMC在物理设计中应用机器学习的两款芯片分别可使频率提升40 MHz和减少20 000时钟门控单元等[4]

    本文基于Cadence Innovus工具建立应用机器学习进行延时优化的物理设计流程,研究7 nm工艺下不同层金属的特性,设置三个实验组单元延时优化、线延时优化、单元和线延时同时优化与传统物理设计流程进行对比分析。同时将应用机器学习进行延时优化的物理设计流程应用到更大规模,设计复杂度更高的ARM架构的一款CPU设计中,均得到了很好地性能优化。最终确定了两款模块芯片均采用Innovus机器学习进行延时优化的物理设计流程。




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作者信息:

边少鲜1,Micheal Feng1,David Yue1,栾晓琨1,蔡  准2,蒋剑锋1

(1.天津飞腾信息技术有限公司,湖南 长沙410000;2.上海楷登电子科技有限公司,上海201204)

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