[发明专利]一种集成电路的仿真方法

说明书

本发明提供了一种集成电路的仿真方法。该方法包括：将仿真区域的仿真任务分为多个并行任务；为每个并行计算任务分配一个并行计算进程，每个计算进程处理一个子仿真区域；每一并行计算进程根据原子间多体作用模型或二体作用模型以及属性信息计算并行计算任务所对应的子仿真区域中所有粒子的势能，根据势能和力计算模型计算每一粒子受到的作用力，由粒子受到的作用力确定粒子的加速度，并根据运动方程结合初始位置和初始速度，计算粒子的下一时刻的速度与位置；重复计算势能、作用力、加速度、速度与位置；统计并确定待仿真区域的粒子的动能、势能、温度和应力。本发明提高了物理集成电路热学和力学行为仿真的准确性和速度。

技术领域

本发明涉及集成电路模拟与仿真和电子设计自动化(EDA)软件的后端验证技术领域，尤其涉及一种集成电路的仿真方法。

背景技术

当前，集成电路工艺中主流芯片的线宽在几十纳米以下，单个处理器通常集成数亿以上的晶体管，片上功率密度达到极高数值，远超飞行器再入大气层时气动加热导致的表面热流密度，部分热点区域甚至达到了太阳表面的热流密度，热效应已经成为芯片主频提升和稳定运行的主要阻碍。尤其在当前主流芯片的线宽进入10nm以下的时代，热效应更加突出。当前硅基高端微处理器芯片中存在大量的低维纳米结构如纳米线、纳米薄膜以及掺杂区域等，导致表界面密度高，热阻大，芯片散热困难。体硅及其纳微结构的热传递性质和导热能力会显著影响微电子设备中集成电路的性能和稳定性等，某些情况甚至会导致器件性能严重下降。因此，基于低维纳米结构热导率和热物理性质以及底层热传递机制的刻画，进行集成电路计算与后端验证，以及新型高效纳微芯片器件的设计与开发，具有重大的科学和工业应用价值。

针对集成电路的热效应和力学性能验证，当前的电子设计自动化(EDA)软件主要采用基于傅里叶定律的宏观连续的传热计算方法，通常采用有限差分(FDM)、有限元(FEM)、有限体积(FVM)等算法求解，但这些求解器在几十纳米尺度的技术节点上较难以适用，很难考虑半导体器件中纳米线、纳米薄膜、表面边界、接触界面、掺杂等微观因素的影响。

在整个物理集成电路的原子模拟中，需要处理基底、掺杂区域、介电层、栅极、表面边界、接触界面、版图等微观因素的影响。当前的硅基底主要是高纯度的单晶硅。硅是信息技术产业中应用最广泛和最重要的材料之一，是当前微电子芯片的基础材料，在场效应晶体管、热电元件和纳微机电系统(MEMS/NEMS)等方面已存在广泛的应用。在当前纯硅基底、掺杂和栅极的工程模拟中，硅原子间采用经验相互作用势已经足够。量子力学中的从头算法虽然能够获得势能的精确值，但由于它依赖原子的局域密度函数，因此计算量大、计算时间长，仅适合模拟规模较小的系统，在集成电路领域经常用于计算单个晶体管的性能。

发明内容

本发明提供一种集成电路的仿真方法，以提升物理集成电路的热效应和力学性能计算的准确性，以及提高仿真计算效率。

本发明提供一种集成电路的仿真方法，所述集成电路包括多个晶体管的集成耦合系统，该方法包括：

将集成电路的待仿真区域的仿真任务分解为多个并行任务，不同的并行任务对应不同的子仿真区域；其中，多个所述子仿真区域组成所述待仿真区域；

为每个并行计算任务分配一个并行计算进程；

每一并行计算进程将对应的子待仿真区域中每个粒子的属性信息保存到内存中，其中，所述属性信息包括初始位置、初始速度、初始加速度、初始势能、粒子标号以及粒子种类，所述粒子包括原子或分子；

每一并行计算进程确定对应的子仿真区域中每一粒子的邻近粒子标号，并根据原子间多体作用模型或二体作用模型以及所述属性信息计算并行计算任务所对应的子仿真区域中所有粒子的势能，根据所述势能和力计算模型计算每一粒子受到的作用力，并根据粒子受到的作用力确定粒子的加速度，并根据运动方程结合所述属性信息中初始位置和初始速度，计算粒子的下一时刻的速度与位置；