دانلود ترجمه مقاله مسیریابی الکترومیگریشن برای مدارهای مجتمع سه بعدی – مجله IEEE

فهرست مطالب:

چکیده
۱ مقدمه
۲ محرک
۳ مدل سازی EM استرسآگاه برای مدارهای مجتمع سه بعدی

A مدلسازی مهاجرت الکتریکی با ملاحظه فشار
B تولید نقشه افت فشار
C خاصیت هدایتی EM در مدارهای مجتمع سه بعدی
D مدل سازی جریان مستقیم معادل برای شبکه های متناوب
E ملاحظات حرارتی

۴ مسیریابی EMآگاه برای مدارهای مجتمع سه بعدی

A جریان کلی
B پیش بینی MTTF با کتابخانه EM
C ترتیب شبکه EMآگاه برای مسیریابی
D تابع هزینه برای مسیریابی پیچیده EMآگاه
E الگوریتم مسیریابی

۵ نتایج آزمایشی
۶ نتیجه گیری

بخشی از ترجمه:

مقدمه

یکی از چالش های مهم برای قابلیت اطمینان VLSI مقیاس-نانو مهاجرت الکتریکی می باشد. مهاجرت الکتریکی به انتقال ماده بعلت حرکت الکترون ها اشاره دارد و این پدیده بوسیله عوامل مختلف مانند اشکال هندسی، توزیع دما، فشار مکانیکی، چگالی موجود، و خصوصیات مادی تحت تاثیر قرار می گیرد. EM روی یک سیم اتمهای بیشتری را در انتهای سیم بسوی پین مبدا انباشته میکند و یک برآمدگی ایجاد می کند درحالیکه محل های خالی در انتهای دیگر سیم پدیدار می شود. در نتیجه، مدارها با EM بیشتر، تمایل دارد که باز شود یا مدارهای کوتاهی در زمان کوتاهتری شود.
EM سبب مسائل اطمینان بیشتری با تکنولوژی مدار مجتمع سه بعدی می گردد. در حالیکه تکنولوژی مدار مجتمع سه بعدی خصوصیات مزیتی مانند درک ردپای کوچک، پهنای باند بالا و تناسب برای سیستم های نامتناجس را دارد، همچنین قابلیت اطمینان بیشتری در مسائلی مانند فشار مکانیکی از ضریب توسعه حرارتی، عدم مطابقت TSV و سیلیکون، دمای بالاتر بعلت ساختار پشته سازی شده و چگالی موجود بالاتری برای کنترل قالب های چندگانه می آورد. این مشکلات در مدارهای مجتمع سه بعدی عواملی هستند که میتوانند پدیده EM را حتی خیلی بدتر سازند.
در مدارهای مجتمع دو بعدی سنتی، یک راه مؤثر و ساده برای کاهش EM، کاهش دادن چگالی موجود می باشد. بنابراین کارهای قبلی برای افزایش نیرومندی- EM بر روی مسیریابی با بهینه سازی پهنای سیم، یا مسیریابی جریان-گردنده برای رسیدن به قابلیت اطمینان، تمرکز داشت. اگرچه این کارها راههای منطقی برای بالابردن نیرومندی- EM در مدارهای مجتمع دو بعدی فراهم می ساخت، مدارهای مجتمع سه بعدی مسائل اضافی مانند فشار مکانیکی و دمای بالاتر در بالای چگالی موجود را پیش می آورد، بنابراین تنظیم پهنای سیم یا مسیریابی جریان-گردنده دیگر برای تضمین نیرومندی- EM کافی نیستند. برای مدارهای مجتمع سه بعدی روش شناسی های جدیدی مورد نیاز هستند تا مسیرهای EM-آگاه و همچنین چگالی موجود را بسازند.
در این مقاله، ما EM را با توجه به فشار TSV-تهییج شده برای شبکه های سیگنال مدل سازی می کنیم و یک الگوریتم مسیریابی را پیشنهاد می کنیم که نیرومندی- EM را در مدارهای مجتمع سه بعدی افزایش می دهد.

۶- نتیجه گیری
تکنولوژی مدار مجتمع سه بعدی با پشته سازی-قالب یکی از امیدبخش ترین تکنولوژی های امروز می باشد. هرچند، مشکلات مهاجرت الکتریکی در مدارهای مجتمع سه بعدی بعلت فشار TSV-تهییج شده، دمای بالاتر و چگالی موجود که EM را تحت تاثیر قرار میدهد، میتواند خیلی سخت تر و پیچیده تر باشد. در این مقاله، ما EM را برای شبکه های سیگنال مستقیم و متناوب تحت فشارهای تهییج شده، دما و ملاحظه چگالی موجود، مدل سازی میکنیم. سیگنال های متناوب به جریان مستقیم معادل تبدیل میشوند و سپس برای ضرورت EM تحلیل می شوند.
ما بطور مؤثر MTTFیک شبکه را بسوی هر راه قابل مسیریابی در امتداد لایه های مسیریابی چندگانه با ملاحظه افت فشار از TSV، دما و چگالی موجود شبکه ها پیش بینی میکنیم. بر مبنای مدل سازی EM ما یک الگوریتم مسیریابی EM-آگاه را پیشنهاد میکنیم که ترتیب بندی شبکه را با ملاحظه ضرورت EM بر مبنای درجه را انجام میدهد، که اولویت بالایی به شبکه های مهم-EM میدهد هنگامی که مزیت شبکه های کوتاه تر روش اول را انجام میدهد. یک رویه مسیریابی پیچیده EM-آگاه سه بعدی همچنین با تابع هزینه مؤثر با استفاده از MTTF پیش بینی شده، پیشنهاد شده است، و ما تکنیک هایی برای تعادل بین آگاهی-EM و طول سیم در هنگام مسیریابی را پیشنهاد میکنیم. نتایج آزمایشی نشان میدهد که الگوریتم مسیریابی EM-آگاه ما قابلیت اطمینان-EM را با داشتن ۶۶٫۴ درصد تعداد کمتر شبکه های EM   با قربانی کم اهداف مسیریابی قراردادی بهبود میبخشد.

بخشی از مقاله انگلیسی:

INTRODUCTION

One of critical challenges for reliability of nano-scale VLSI iselectromigration (EM) [1]. EM refers to the transport of material dueto the movement of electrons, and this phenomenon is affected byvarious factors, such as geometrical shapes, temperature distribution,mechanical stress, current density, and material properties [2], [3].EM on a wire accumulates more atoms at the end of the wire towardthe source pin (anode) and creates hillocks while vacancies appearat the other end of the wire. As a result, circuits with more EM tendto become open or short circuits in a shorter time.EM causes more reliability issues with 3D IC technology. While3D IC technology has beneficial features such as realization of smallfootprint, high bandwidth and suitability to heterogeneous systems,it also brings additional reliability issues such as mechanical stressfrom coefficient of thermal expansion (CTE) mismatch of TSV andsilicon, higher temperature due to the stacked structure, and highercurrent density to drive multiple dies. These problems in 3D ICs arethe factors that can aggravate the EM phenomenon even further.In traditional 2D ICs, a simple and effective way to reduce EM isdecreasing current density. Hence, previous works to enhance EMrobustnessfocused on routing with optimization of wire width, orcurrent-driven routing to achieve reliability [4]–[۷]. Although theseworks provide reasonable ways to raise EM-robustness in 2D ICs,3D ICs raise additional issues like mechanical stress and higher temperatureon top of higher current density, thus wire width adjustment or current-driven routing are no longer sufficient to guarantee EMrobustness.For 3D ICs, new methodologies are needed to make EMawareroutes, with consideration of TSV-induced mechanical stressand temperature, as well as current density.In this paper, we model EM with consideration of TSV-inducedstress for signal nets, and propose a routing algorithm that increasesEM-robustness in 3D ICs. Overall, our contributions are summarizedas follows:• We efficiently analyze EM in 3D ICs with TSV-induced stressconsideration, for both AC and DC signal nets• We effectively predict mean-time-to-failure (MTTF) at a certainlocation toward any routable direction, with given temperature,current density and TSV-induced stress gradient• We suggest a net ordering method based on EM-criticality andhalf-perimeter wire length (HPWL)• We propose EM-aware maze routing in 3D ICs using expectedMTTF, for the first time to our best knowledge• We develop a technique to balance between EM-awareness andother routing constraints, to prevent over-sacrificing wire lengthwhile improving MTTFII. MOTIVATIONMechanical stress influences electromigration (EM); applied stresscan either retard or accelerate EM depending on the stress gradientand the current direction [8]. We note that significant mechanicalstress can be caused by TSVs after annealing process due to differentCTE between copper and silicon [9]. Thus, TSV-induced stress canbe a driving force for EM, and can affect EM of interconnects in3D ICs [10]–[۱۳]. We observe unique characteristics of EM in metalwires in 3D ICs from recent works in [12], [13]: 1) TSV-induced stress affects EM near TSV region2) EM can be either mitigated or aggravated near TSV regiondepending on routing direction because stress gradient has animpact on EM, and the stress gradient varies with routingdirection3) The lowest metal layer (M1) can be the most dangerous layer onEM due to not only the highest current density and temperature,but also the highest stress gradient among all metal layersIf TSV-induced stress had only negative effect on EM, avoiding TSVregion could be the only solution in mitigating EM problem, and itcould waste large routing resource. However, as EM-induced lifetimecan be varied depending on the routing direction, EM-aware routingcan further improve EM-robustness and utilize routing resource moreeffectively near TSV region. Moreover, since each metal layer hasdifferent TSV-induced stress, current density and temperature profiles,a smarter routing scheme can accommodate better reliability acrossmultiple metal layers.

دانلود رایگان مقاله انگلیسی

خرید ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد

خرید نسخه پاورپوینت این مقاله جهت ارائه