一种电源网络、电源网络的布线方法及存储介质与流程

1.本技术涉及集成电路设计技术，尤其涉及一种电源网络、电源网络的布线方法及存储介质。


背景技术：

2.随着集成电路工艺的不断更新，ic物理设计越来越复杂，设计中用到的标准单元(standard cell)的尺寸越来越小，standard cell的管脚密度(pin density)越来越高，而低层金属层，比如台积电7nm工艺(简称n7)中金属层的第一层(m1)，作为标准单元块管脚(standard cell pin)和电源网络(power ground net，pg网络)都必须要用到的金属层，其密度也越来越高，这导致低层金属的绕线资源越来越紧张。
3.pg网络的结构是影响低层绕线资源的重要因素之一，合理的pg net能够有效的利用低层绕线资源。而现有的pg网络的设计方案不合理，存在低层绕线资源浪费严重的问题。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本技术实施例期望提供一种电源网络、电源网络的布线方法及存储介质。
5.本技术的技术方案是这样实现的：
6.第一方面，提供了一种电源网络，所述电源网络包括：多层金属层；
7.所述多层金属层至少包括第一金属层和第二金属层；
8.所述第一金属层包括沿第一方向平行布设的第一电源线和第一地线；
9.所述第二金属层包括沿第二方向平行布设的第二电源线和第二地线；其中，所述第一方向与所述第二方向垂直；
10.所述第一电源线和所述第二电源线的层叠点处通过通孔相连，所述第一地线和所述第二地线的层叠点处通过通孔相连；所述第二电源线长度小于第一长度阈值，使得所述第二电源线与所述第一地线之间不存在层叠点，所述第二地线长度小于第二长度阈值，使得所述第二地线与所述第一电源线不存在层叠点。
11.第二方面，提供了一种电源网络的布线方法，所述电源网络包括：多层金属层；所述多层金属层至少包括第一金属层和第二金属层；所述方法包括：
12.在所述电源网络的第一金属层上沿第一方向平行布设的第一电源线和第一地线；
13.在所述电源网络的第二金属层上沿第二方向平行布设的第二电源线和第二地线；其中，所述第一方向与所述第二方向垂直；
14.将所述第一电源线和所述第二电源线的层叠点处通过通孔相连，所述第一地线和所述第二地线的层叠点处通过通孔相连；设置所述第二电源线长度小于第一长度阈值，使得所述第二电源线与所述第一地线之间不存在层叠点，设置所述第二地线长度小于第二长度阈值，使得所述第二地线与所述第一电源线不存在层叠点。
15.第三方面，提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被
处理器执行时实现前述方法的步骤。
16.本技术实施例中提供了一种电源网络、电源网络的布线方法及存储介质，所述电源网络包括：多层金属层；所述多层金属层至少包括第一金属层和第二金属层；所述第一金属层包括沿第一方向平行布设的第一电源线和第一地线；所述第二金属层包括沿第二方向平行布设的第二电源线和第二地线；其中，所述第一方向与所述第二方向垂直；所述第一电源线和所述第二电源线的层叠点处通过通孔相连，所述第一地线和所述第二地线的层叠点处通过通孔相连；所述第二电源线长度小于第一长度阈值，使得所述第二电源线与所述第一地线之间不存在层叠点，所述第二地线长度小于第二长度阈值，使得所述第二地线与所述第一电源线不存在层叠点。这样，第二电源线和第二地线采用分段式布设方式，只需要在与第一电源线相连的地方布设第二电源线，与第一地线相连的地方布设第二地线，大大减少了布线冗余，从而节约第二金属层的绕线资源，释放占用的第二金属层空间，使标准单元块的摆放位置更加灵活。
附图说明
17.图1为本技术实施例中电源网络的三维结构示意图；
18.图2为本技术实施例中电源网络的二维结构示意图一；
19.图3为现有的一种电源网络的二维结构示意图；
20.图4为图3电源网络占用的m1绕线资源示意图；
21.图5为图2电源网络占用的m1绕线资源示意图一；
22.图6为本技术实施例中一种标准单元块的结构示意图；
23.图7为图2电源网络占用的m1绕线资源示意图二；
24.图8为图2电源网络占用的m1绕线资源示意图三；
25.图9为本技术实施例中电源网络的二维结构示意图二；
26.图10为本技术实施例中电源网络的二维结构示意图三；
27.图11为本技术实施例中电源网络的二维结构示意图四；
28.图12为本技术实施例中电源网络布线方法的流程示意图。
具体实施方式
29.为了能够更加详尽地了解本技术实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本技术实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本技术实施例。
30.本技术实施例提供了一种电源网络，图1为本技术实施例中电源网络的三维结构示意图，如图1所示，所述电源网络包括：多层金属层，所述多层金属层至少包括第一金属层m0和第二金属层m1；所述第一金属层m0包括沿第一方向平行布设的第一电源线和第一地线；所述第二金属层m1包括沿第二方向平行布设的第二电源线和第二地线；所述第一电源线和所述第二电源线的层叠点处通过通孔相连，所述第一地线和所述第二地线的层叠点处通过通孔相连；所述第二电源线长度小于第一长度阈值，使得所述第二电源线与所述第一地线之间不存在层叠点，所述第二地线长度小于第二长度阈值，使得所述第二地线与所述第一电源线不存在层叠点。
31.图2为本技术实施例中电源网络的二维结构示意图一，如图2所示，将第二金属层
m1映射到第一金属层m0之后得到的二维结构示意图，也就是将m0上的第一电源线power0和第一地线ground0，和m1上的第二电源线power1和第二地线ground1放在一个平面内显示，第二电源线power1和第二地线ground1采用分段式布设方式，只需要在与第一电源线power0相连的地方布设第二电源线power1，与第一地线ground0相连的地方布设第二地线ground1，相比于在第二方向贯穿布设方式，能够大大减少了布线冗余，via01表示连通m0和m1之间的通孔，具体包括连通第一电源线power0和第二电源线power1的通孔，和第一地线ground0和第二地线ground1的通孔。
32.这里，相邻金属层的金属线走向相互垂直，也就是说第一方向与第二方向垂直。比如，如图1和图2所示第一方向为水平横向，第二方向为垂直纵向。所述电源网络还包括位于所述第二金属层之上的其他金属层，其他金属层的金属线依次沿横向、纵向交替布设方式。或者还包括位于第一金属层之下的其他金属层。
33.当m0中第一电源线和第一地线沿纵向布设，m1中第二电源线和第二地线沿横向布设，进一步确定其他金属层的布设方向。
34.本技术实施例中，第二电源线和第二地线采用分段式布设方式，只需要在与第一电源线相连的地方布设第二电源线，与第一地线相连的地方布设第二地线，相比于在第二方向贯穿布设方式，大大减少了布线冗余，从而节约第二金属层的绕线资源，释放占用的第二金属层空间，使标准单元块的摆放位置更加灵活。
35.实际应用中，m0作为pg与标准单元块之间的初始层连接层，其走线为水平贯通的方式，以保证所有的标准单元块都能连接到电源网络。m1采用分段式而不是上下贯穿式布线方式，以节约m1的绕线资源。对m1层的pg，只在必要的地方打孔，比如m1的power net只在有m0 power0的时候才会打孔，m1的ground net只在有m0 ground0的时候才会打孔，保证m1 pg不会有冗余的部分。
36.具体的，所述第二电源线布设在第一走线轨道上，所述第二地线布设在第二走线轨道上；所述第一走线轨道和所述第二走线轨道为相同走线轨道或者为不同走线轨道。
37.所述第一走线轨道和所述第二走线轨道为相同走线轨道，可以理解为第二电源线和第二地线在相同走线轨道上对齐，即二者在同一垂直线上。所述第一走线轨道和所述第二走线轨道为不同走线轨道，可以理解为第二电源线和第二地线不对齐，即二者在不同垂直线上。
38.这里，图1和图2示出的是第一走线轨道和第二走线轨道为不同走线轨道时的电源网络，且只是给出了第二金属层中最小重复单元的金属线的布线方式，并不是限制整个第二金属层的布线方式，第二金属层的其他部分的布线方式都可以采用本技术上述布线方式。
39.在数字后端芯片设计中，走线轨道(track)可以约束走线器的走线方向。信号线通常必须走在track上。走线轨道(track)的间距通常会大于设计规则中允许的金属线最小间距，金属线最小间距是基于物理设计检查(design rule checking，drc)规则决定的，走线轨道(track)的间距具体结合所选用的工艺确定。
40.图3为现有的一种电源网络的二维结构示意图，如图3所示，第二电源线power1和第二地线ground1采用贯穿式布设方式，即第二电源线power1占用了竖直方向上的整个走线轨道(track)，第二地线ground1也占用了水质方向上的整个走线轨道(track)，存在大量
的走线冗余，限制了标准单元块的摆放位置。
41.图4为图3电源网络占用的m1绕线资源示意图，如图4所示，以图3这种贯穿式布设方式，不仅浪费绕线资源，还会压缩标准单元块的摆放空间，图4中“叉号”位置不能摆放标准单元块，只能摆放在power1和ground1之间的区域中。
42.在一些实施例中，所述电源网络还包括至少一个标准单元块；所述第一走线轨道和所述第二走线轨道为不同走线轨道时，所述至少一个标准单元块中的第一类标准单元块设置在第一区域，第二类标准单元块设置在第二区域，第三类标准单元块设置在第三区域；其中，所述第一区域为所述第一走线轨道上未被所述第二电源线覆盖的空置走线轨道所对应的区域；所述第二区域为所述第二走线轨道上未被所述第二地线覆盖的空置走线轨道所对应的区域；所述第三区域为所述第一走线轨道和所述第二走线轨道之间的区域。
43.也就是说，本技术实施例中第二电源线和第二地线采用不对齐的布设方式，相比于贯穿式布设方式减少了布线冗余，为标准单元块留出了更多摆放空间。
44.图5为图2电源网络占用的m1绕线资源示意图一，如图5所示，以图2这种分布式布设方式，power1的下方区域和ground1的上方区域为标准单元块留出了更多摆放空间，使标准单元块的摆放位置更加灵活。图5中“对号”位置可以摆放第一类标准单元块和第二类标准单元块，power1和ground1之间的区域可以摆放第三类标准单元块。
45.具体的，所述第一类标准单元块的信号线管脚长度小于所述第一走线轨道的空置走线轨道长度，或者信号线间隔大于第一间隔阈值；所述第二类标准单元块的信号线管脚长度小于所述第二走线轨道的空置走线轨道长度，或者信号线间隔大于第二间隔阈值。
46.实际应用中，标准单元块包括电源线管脚、地线管脚和信号线管脚。图6为本技术实施例中一种标准单元块的结构示意图，如图6所示，电源线管脚(power pin)连接m0上的第一电源线，地线管脚(ground pin)连接m0上的第一地线，信号线管脚(signal pin)布设在m1上的走线轨道上。
47.需要说明的是，当信号线管脚的密度较小时，也可放置在第一区域和第二区域。比如，相邻信号线的最大间隔大于第一间隔阈值时，以图2为例，第一间隔阈值为两个走线轨道宽度。图7为图2电源网络占用的m1绕线资源示意图二，如图7所示，标准单元块中信号线管脚密度较小，标准单元块可以摆放在power1的下方区域，信号线管脚不占用两条power1所在的第一走线轨道，只占用power1两侧的走线轨道，因此标准单元块可以放置在该区域。
48.当信号线管脚长度小于第一走线轨道的空置走线轨道长度时，标准单元块可放置在第一区域(即图5中power1的下方“对号”区域)；当信号线管脚长度小于第二走线轨道的空置走线轨道长度时，标准单元块可放置在第二区域(即图5中ground1的上方“对号”区域)；当信号线管脚太长时，则将标准单元块放置在第三区域。
49.图8为图2电源网络占用的m1绕线资源示意图三，如图8所示，当信号先管脚长度小于第一走线轨道的空置走线轨道长度时，标准单元块可放置在power1的下方区域，信号线管脚占用一条power1所在的第一走线轨道，以及占用power1两侧的走线轨道，因此标准单元块可以放置在该区域。ground1的上方区域放置同理。
50.在一些实施例中，所述第二金属层中包括至少两条第二电源线和至少两条第二地线；所述至少两条第二电源线在所述第一方向上对齐，所述至少两条第二地线在所述第一方向上对齐。如图2所示，m1左右相邻的两条power1和ground1对齐，实际应用中，power1和
ground1也可以根据实际布线需求情况在水平方向上不完全对齐。
51.在一些实施例中，所述第一金属层包括至少两条第一电源线，所述至少两条第一电源线连接至少两个电压源，用于使所述电源网络具备多电压源。
52.本技术上述实施例给出了包含单一的电压源电源网络结构，但本技术m0和m1这种电源网络结构也适用于多电压域或多电压源的情况，不同电压域或不同电压源相邻金属层的结构设计都可以采用本技术这种电源网络结构来优化pg网络。
53.采用上述电源网络，不仅节约第二金属层的绕线资源，也对释放出来的绕线资源进行充分利用，使标准单元块的摆放位置更加灵活。本技术这种电源网络相比于图3能够节约50％的绕线资源。
54.为了能更加体现本技术的目的，在本技术上述实施例的基础上，对第一走线轨道和第二走线轨道为相同走线轨道时的电源网络进行进一步的举例说明，图9为本技术实施例中电源网络的二维结构示意图二，如图9所示，所述电源网络包括：多层金属层，相邻金属层的金属线走向相互垂直；所述多层金属层至少包括第一金属层m0和第二金属层m1；所述第一金属层m0包括沿第一方向平行布设的第一电源线power0和第一地线ground0；所述第二金属层m1包括沿第二方向平行布设的第二电源线power1和第二地线ground1；power0和power1通过via01相连，ground0和ground1通过via01相连；所述第二电源线长度小于第一长度阈值，使得所述第二电源线与所述第一地线之间不存在层叠点，所述第二地线长度小于第二长度阈值，使得所述第二地线与所述第一电源线不存在层叠点。
55.图9与图2不同之处在于，所述第二电源线布设在第一走线轨道上，所述第二地线布设在第二走线轨道上；所述第一走线轨道和所述第二走线轨道为相同走线轨道。
56.对于各个小段的m1的pg net，使上下相邻power1和ground1在相同的track上对齐，即保证他们在同一条垂直线上，以占用相同的track，这样减少了pg net所占用的m1绕线资源，进而使pg net周围的m1 track得到充分的释放，增加标准单元块的摆放空间。
57.在一些实施例中，所述电源网络还包括至少一个标准单元块；所述第一走线轨道和所述第二走线轨道为相同走线轨道时，所述至少一个标准单元块设置在所述第一走线轨道的两侧。
58.由于power1和ground1对齐，标准单元块可以摆放在第一走线轨道的两侧，图9中“同心圆”所在区域。相比于图5中“对号”区域，在摆放标准单元块时，受到信号线管脚的限制，图9中将power1和ground1占用相同走线轨道后，原本ground1所占用的走线轨道完全空置出来，且标准单元块摆放在原本ground1所在位置不会受到信号线管脚的限制，摆放更加灵活。本技术这种power1和ground1对齐的电源网络结构相比于不对齐的能够进一步节约50％的绕线资源。
59.在一些实施例中，所述第二金属层中包括至少两条第二电源线和至少两条第二地线；所述至少两条第二电源线在所述第一方向上对齐，所述至少两条第二地线在所述第一方向上对齐。如图9所示，m1左右相邻的两条power1和ground1对齐，实际应用中，power1和ground1也可以根据实际布线需求情况在水平方向上不完全对齐。
60.在一些实施例中，所述第一金属层包括至少两条第一电源线，所述至少两条第一电源线连接至少两个电压源，用于使所述电源网络具备多电压源。
61.本技术上述实施例给出了包含单一的电压源电源网络结构，但本技术m0和m1这种
电源网络结构也适用于多电压域或多电压源的情况，不同电压域或不同电压源相邻金属层的结构设计都可以采用本技术这种电源网络结构来优化pg网络。
62.本技术实施例中，第二电源线和第二地线采用分段式布设方式，只需要在与第一电源线相连的地方布设第二电源线，与第一地线相连的地方布设第二地线，相比于在第二方向贯穿布设方式，大大减少了布线冗余，从而节约第二金属层的绕线资源，释放占用的第二金属层空间，使标准单元块的摆放位置更加灵活。
63.实际应用中，m0作为pg与标准单元块之间的初始层连接层，其走线为水平贯通的方式，以保证所有的标准单元块都能连接到电源网络。m1采用分段式而不是上下贯穿式布线方式，以节约m1的绕线资源。对m1层的pg，只在必要的地方打孔，比如m1的power net只在有m0 power0的时候才会打孔，m1的ground net只在有m0 ground0的时候才会打孔，保证m1 pg不会有冗余的部分。
64.本技术实施例提供的新型的电源网络与传统电源网络相比，在性能一样的情况下，占用的绕线资源可以减少100％，有助于释放低层金属的绕线资源，使standard cell的摆放更自如，以提高芯片的整体性能。
65.在上述电源网络的基础上，所述电源网络还包括位于所述第二金属层之上的其他金属层；所述其他金属层基于预设的布线规则布设金属线。也就是说，电源网络除了上述第一金属层和第二金属层之外，还可以包括其他金属层，其他金属层的布线规则可以沿用现有的布线规则，但也可以采用本技术实施例中第一金属层和第二金属层的布线规则。
66.示例性的，其他金属层中第三金属层m2及双层掩模版(double pattern，dp)金属层，采用via pillar的结构或者传统的stack via的结构，对于via pillar，其在每一层的金属线条数可以根据实际情况选择。
67.对于dp金属层和顶层之间的金属层即规则金属层(regular metal layer)，可以继续采用dp层的设计，也可以采用非缺省规则(non-default rule，ndr)来自定义这些金属层的宽度/间距和走线。
68.在上述电源网络的基础上，所述电源网络还包括位于所述第一金属层之下的其他金属层，其他金属层也可以采用本技术实施例中第一金属层和第二金属层的布线规则，或者沿用现有的布线规则。
69.需要说明的是，本技术实施例中提供的第一金属层和第二金属层的布线规则，只是给出了一种相邻金属层的布线规则，并不是限定第一金属层和第二金属层在电源网络中的具体位置，任何有类似情景的相邻金属层之间的物理走线，都可以采用本本技术的技术方案，也应该在本技术的保护范围内。
70.图10为本技术实施例中电源网络的二维结构示意图三，如图10所示，电源网络包括第一金属层m0、第二金属层m1、第三金属层m2和第四金属层m3，第一金属层m0包括沿横向平行布设的第一电源线power0和第一地线ground0；所述第二金属层m1包括沿纵向平行布设的第二电源线power1和第二地线ground1，via01表示连通m0和m1之间的通孔；第三金属层m2包括沿横向平行布设的第三电源线power2和第三地线ground2，via12表示连通m1和m2之间的通孔，第四金属层m3包括沿纵向平行布设的第四电源线power3和第四地线ground3，via23表示连通m2和m3之间的通孔。
71.需要说明的是，m0、m1、m2和m3中在物理上通过通孔相连的电源线和地线，属于相
同的电源网络，其他金属层在物理上通过通孔相连的电源线和地线，也属于相同的电源网络，本技术实施例用数字标号标识不同电源线和地线只是为了区分其所在的金属层，并不是限定它们属于不同的电源网络。
72.图11为本技术实施例中电源网络的二维结构示意图四，如图11所示，电源网络还包括第五金属层m4、第六金属层m5和第七金属层m6，第五金属层m4包括沿横向平行布设的第五电源线power4和第五地线ground4；第六金属层m5包括沿纵向平行布设的第六电源线power5和第六地线ground5，via45表示连通m4和m5之间的通孔；第七金属层m6包括沿横向平行布设的第七电源线power6和第七地线ground6，via56表示连通m5和m6之间的通孔。
73.基于同一发明构思本技术实施例还提供了一种电源网络布线方法，该电源网络包括：多层金属层，相邻金属层的金属线走向相互垂直；所述多层金属层至少包括第一金属层和第二金属层；如图12所示，该方法包括：
74.步骤121：在所述电源网络的第一金属层上沿第一方向平行布设的第一电源线和第一地线；
75.步骤122：在所述电源网络的第二金属层上沿第二方向平行布设的第二电源线和第二地线；
76.步骤123：将所述第一电源线和所述第二电源线的层叠点处通过通孔相连，所述第一地线和所述第二地线的层叠点处通过通孔相连；设置所述第二电源线长度小于第一长度阈值，使得所述第二电源线与所述第一地线之间不存在层叠点，设置所述第二地线长度小于第二长度阈值，使得所述第二地线与所述第一电源线不存在层叠点。
77.具体的，所述第二电源线布设在第一走线轨道上，所述第二地线布设在第二走线轨道上；所述第一走线轨道和所述第二走线轨道为相同走线轨道或者为不同走线轨道。
78.具体的，所述电源网络还包括至少一个标准单元块；所述第一走线轨道和所述第二走线轨道为相同走线轨道时，所述至少一个标准单元块设置在所述第一走线轨道的两侧。
79.具体的，所述电源网络还包括至少一个标准单元块；所述第一走线轨道和所述第二走线轨道为不同走线轨道时，所述至少一个标准单元块中的第一类标准单元块设置在第一区域，第二类标准单元块设置在第二区域，第三类标准单元块设置在第三区域；其中，所述第一区域为所述第一走线轨道上未被所述第二电源线覆盖的空置走线轨道所对应的区域；所述第二区域为所述第二走线轨道上未被所述第二地线覆盖的空置走线轨道所对应的区域；所述第三区域为所述第一走线轨道和所述第二走线轨道之间的区域。
80.具体的，所述第一类标准单元块的信号线管脚长度小于所述第一走线轨道的空置走线轨道长度，或者信号线间隔大于第一间隔阈值；所述第二类标准单元块的信号线管脚长度小于所述第二走线轨道的空置走线轨道长度，或者信号线间隔大于第二间隔阈值。
81.在一些实施例中，所述电源网络还包括位于所述第二金属层之上的其他金属层；所述其他金属层基于预设的布线规则布设金属线。
82.在一些实施例中，所述第二金属层中包括至少两条第二电源线和至少两条第二地线；所述至少两条第二电源线在所述第一方向上对齐，所述至少两条第二地线在所述第一方向上对齐。
83.在一些实施例中，所述第一金属层包括至少两条第一电源线，所述至少两条第一
device)、可编程逻辑装置(pld，programmable logic device)、现场可编程门阵列(field－programmable gate array，fpga)、控制器、微控制器、微处理器中的至少一种。可以理解地，对于不同的设备，用于实现上述处理器功能的电子器件还可以为其它，本技术实施例不作具体限定。
97.上述存储器可以是易失性存储器(volatile memory)，例如随机存取存储器(ram，random-access memory)；或者非易失性存储器(non-volatile memory)，例如只读存储器(rom，read-only memory)，快闪存储器(flash memory)，硬盘(hdd，hard disk drive)或固态硬盘(ssd，solid-state drive)；或者上述种类的存储器的组合，并向处理器提供指令和数据。
98.在示例性实施例中，本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，例如包括计算机程序的存储器，计算机程序可由设备的处理器执行，以完成前述方法的步骤。
99.本技术实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
100.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法、装置和设备，可以通过其它的方式实现。以上所描述的实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
101.上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
102.另外，在本技术各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
103.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。