超大規模積體電路的高效電磁建模和仿真技術研究

《超大規模積體電路的高效電磁建模和仿真技術研究》是依託南京理工大學，由丁大志擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超大規模積體電路的高效電磁建模和仿真技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：丁大志
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

從電磁場的麥克斯韋方程組出發，求解超大規模積體電路三維複雜結構的電磁場問題，解決全波電磁場數值分析方法效率低和結構複雜的矛盾。研究幾何/代數多重格線技術實現對多尺度複雜結構的精確建模；研究垂直互連結構分層介質空域格林函式的高效求解；研究增量積分方程結合新型低秩矩陣壓縮技術實現大規模積體電路從低頻到高頻的超寬頻電磁特性分析；研究新型奇異值分解、多層簡易稀疏方法以及Uniform H-矩陣等技術實現對低秩矩陣的再壓縮；研究基於等效原理的區域分解方法縮減計算規模，結合Uniform H-矩陣和H2-矩陣的直接解法，提高分析效率；在電磁場分析建模的基礎上，提取等效電路參數以及寄生電感和電容參數等，獲得各種功能模組的等效電路模型。通過創新研究，突破各項關鍵技術，將研究成果經組裝、調試、最佳化後形成可直接投入工程套用的大規模積體電路高效電磁仿真軟體，為超大規模積體電路設計提供技術支撐。

結題摘要

本項目著力解決了超大規模積體電路全波電磁場數值分析效率低的矛盾，完成了以下工作： 構造了曲面高階疊層基函式和多分辨體面基函式實現對多尺度複雜電路結構的精確建模，利用多重格線預條件技術加速了矩陣方程的求解；研究了多層交叉近似方法、多層壓縮塊分解方法、新型奇異值分解、多層簡易稀疏方法以及Uniform H-矩陣等再壓縮技術，實現對低秩矩陣的再壓縮，將微波電路分析的計算複雜度由O（N4/3logN）降低到O（NlogN），實現了對各種形狀互連結構等效電路參數的快速提取；研究了增量積分方程結合新型低秩矩陣壓縮技術實現大規模積體電路從低頻到高頻的超寬頻電磁特性分析；提出了基於H-矩陣的對偶-原始有限元撕裂對接方法和多參數化模型降階方法，縮減計算規模，提高了大規模微波積體電路的分析效率；提出了相位延遲拉蓋爾多項式時間基函式，降低了階數步進時域積分方程方法的計算記憶體需求，提高了計算效率；將無條件穩定的Crank-Nicolson格式的時間差分方法引入到時域有限元方法中，使得該方法達到了無條件穩定的特性，時間步長的選取只依賴於精度的要求；建立了基於時域譜元法的CPU和GPU並行仿真平台，實現對系統級封裝中包含各種無源、有源、線性、非線性元件的微波毫米波電路寬頻帶瞬態電磁特性的高效分析。 全面完成了研究計畫，主要創新理論成果在IEEE TAP 、AWPL、MWCL等SCI期刊發表論文20篇（包括已接受2篇），已授權發明專利7項，申請發明專利15項，申請軟體著作權1項。培養博士生4名，已畢業碩士生12名，2名學生分別獲得2012年國際微波毫米波會議和2014年國際微波工程有限元法會議的優秀論文獎。2015年獲得江蘇省研究生教育改革成果一等獎。