VLSI의 IR 강하

칩 내의 전력 분배는 금속 층의 활용을 통해 달성되는 모든 트랜지스터 공급에 의존합니다. 현대 기술의 새로운 발전으로 전력 분배를 담당하는 와이어의 크기가 줄어들었지만 칩의 물리적 크기는 상대적으로 변하지 않았습니다. 놀랍게도 이러한 변화에도 불구하고 칩이 소비하는 전체 전력은 상대적으로 일정하게 유지되었습니다.

또한 저항을 통해 전류나 전력이 흐르면 ​​전압이 낮아지는데, 이를 IR 강하라고 합니다.

이 기사에서는 VLSI의 IR Drop, IR Drop 및 EM 유형에 대해 설명합니다.

VLSI의 IR 드롭은 "중간 저항 저하" 에 "매우 대규모 통합". 도선에 전류가 흐를 때 도선의 양 끝 사이의 전위차를 말합니다. 이 전위차는 저항 양단의 전압 강하에 의해 결정되며, 도선을 통과하는 전류(I)를 곱하여 계산할 수 있습니다. 저항값(R)으로 저항을 계산합니다.

V(전압) = I(전류) XR(저항)

메모:이를 방지하려면 VLSI 시스템 설계 시 IR Drop 문제를 고려하는 것이 중요합니다.

=스트랩평균*Rs*(W/2)*(1/Wstrap)

Nstrappinspace=Dpadspacing/Lspace.

최소 링 폭 =짜기 = Ip/Rj 마이크로미터

VLSI의 정적 IR 강하는 VLSI 설계 내에서 발생하는 평균 전압 강하를 나타냅니다. 이 전압 강하는 전력망의 RC 네트워크에 의해 영향을 받으며 전원 공급 장치와 개별 셀 간의 연결을 설정하는 데 중요한 역할을 합니다.

평균 전압 강하의 크기는 기간을 포함한 다양한 요소에 의해 결정되며 정적 IR 강하의 주요 원인 중 하나는 게이트 채널 누설 전류입니다.

V정적 강하= lavy x Rwire(lavy는 누설 전류를 나타냄)

VLSI의 동적 IR 강하는 트랜지스터의 높은 스위칭 활동으로 인해 전압이 강하됩니다. 이러한 하락은 전원 공급 장치에서 전류 수요가 증가할 때 발생합니다. 이는 칩 내의 활동 전환으로 인해 발생합니다. 또한, 동시에 많은 수의 회로 스위치가 발생했을 때 발생하는 IR 강하를 평가합니다. 따라서 피크 전류 수요가 발생합니다.

메모:VLSI의 IR 강하는 특히 칩의 스위칭 활동에 의해 트리거되는 전원 공급 장치의 전류 요구 사항이 높아질 때 발생합니다.

Vdynamic_drop = L(di/dt) [L은 스위칭 전류로 인해 발생함]

반도체에서 금속 원자의 점진적인 변위를 일렉트로마이그레이션(Electromigration)이라고 합니다. EM은 전류 밀도가 전자 흐름 방향으로 금속 이온의 드리프트를 유발할 만큼 충분히 높을 때 발생하며 이온 플럭스 밀도가 특징입니다.

반면에 일렉트로마이그레이션(Electromigration)이 있을 경우 IR 강하는 더욱 강화됩니다.

EM 효과로 인해 금속 와이어가 파열되어 단락될 가능성이 높습니다. EM은 와이어 저항을 증가시켜 전압 강하를 유발합니다. 따라서 이로 인해 장치 속도가 느려지거나 회로에 영구적인 오류가 발생할 수 있습니다.

일렉트로마이그레이션(EM)은 회로의 다운스트림 인터커넥트가 좁아지고 업스트림 인터커넥트와 비아가 금속 증착되는 현상을 유도합니다. EM의 이러한 효과로 인해 연결이 생성되거나 중단되어 상호 연결 및 비아의 저항이 변경됩니다.

모든 회사에는 IR Drop을 분석하는 방법이 있으며 이를 기반으로 예방 조치가 취해졌습니다.

셀이 전환될 때 강하는 와이어 저항을 사용하여 독립적으로 계산됩니다. VLSI에서 정적 IR 강하를 수정하는 방법:

동적 강하를 계산하는 공식은 셀을 끄는 데 도움이 됩니다. 동적 IR 드롭을 수정하는 방법:

기술 노드가 수축함에 따라 금속층의 형상과 와이어 저항이 감소합니다. 따라서 이는 스큐 균형을 맞추기 위해 클록 경로를 따라 추가된 버퍼 및 인버터인 CTS 중에 전원 공급 장치 전압으로 이어집니다.