集成电路中电热耦合建模理论及高效数值方法研究

项目名称： 集成电路中电热耦合建模理论及高效数值方法研究

项目编号： No.61501398

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2016

项目学科： 无线电电子学、电信技术

项目作者： 马祖辉

作者单位： 云南大学

项目金额： 19万元

中文摘要： 集成电路产业是我国的一项具有战略地位的重要产业，其技术发展需要准确高效的仿真工具支持。本课题将研究集成电路中电热耦合建模理论和高效的数值仿真算法，研究能将电学直流电压压降（DC IR-Drop）分析和热学温度分析耦合求解的方法，开发快速有效的模拟软件。首先，我们将研究采用亥姆霍兹分解技术的快速泊松方程求解方法，研究在复杂结构下环状-树形基函数分解的高效方法，开发能处理复杂三维结构的高效的泊松方程求解器。其次，我们将研究电学方程与热学方程耦合求解的数值方法，采用迭代方法自洽求解直流电压压降和温度分布问题。最后，我们将研究预条件技术对迭代特性的改善和优化，并研究并行方法和硬件加速技术，进一步提高算法效率。该课题可为先进集成电路系统的设计提供理论预测和工程支持，促进我国集成电路技术的发展。

中文关键词： 电热混合模拟；快速泊松方程求解器；亥姆霍兹分解；多层方法；并行计算

英文摘要： Integrated Circuit (IC) is one of strategically important industries in our country, whose technology advances demand accurate and efficient simulation tools. We will carry out researches on modelling theories and efficient numerical methods for solving the DC IR-Drop and thermal problem consistently in IC, and develop feasible and fast simulation software. More specifically, we will study the fast Poisson solver based on the Helmholtz decomposition and valid approaches of decomposing the Loop-Tree basis functions in complicated structures. Secondly, we will conduct the research on the electrical-thermal co-simulation method, which can solve the DC IR-Drop and the thermal problem iteratively. Finally, the preconditioning techniques will be examined to optimize simulation methods and the parallel computing and GPU acceleration techniques will be investigated and applied for improving simulation efficiency. This project is promising for providing theoretical prediction and application tools for IC designers, hence promoting the advance of Chinese IC industry.

英文关键词： electrical-thermal co-simulation;fast Poisson solver;Helmholtz decomposition;multilevel method;parallel computing