Learning Centre

Partitioning and macromodeling -based realizable reduction of interconnect circuit models

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Honkala, Mikko, DSc., Aalto University, Department of Radio Science and Engineering, Finland
dc.contributor.advisor Roos, Janne, Dr., Aalto University, Department of Radio Science and Engineering, Finland
dc.contributor.author Miettinen, Pekka
dc.date.accessioned 2014-02-10T10:00:09Z
dc.date.available 2014-02-10T10:00:09Z
dc.date.issued 2014
dc.identifier.isbn 978-952-60-5541-1 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-952-60-5540-4 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn 1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/12442
dc.description.abstract With advancing technology of integrated circuits, the interconnects and their non-ideal parasitics between active elements play an increasingly important role for the signal behavior. In a typical design flow, extraction tools are often used to generate a circuit netlist from the original chip topology for post-layout verification simulations. To reach desired accuracy, the interconnects and their parasitics need to be modeled with high precision that generates huge RLCK netlists, which in turn poses significant run-time and memory problems for the design process. One avenue to speed up the verification step is to apply model-order reduction (MOR) algorithms to the extracted netlists attempting to model the system with a reduced-size representation. This thesis details the research of partitioning and macromodel-based MOR approach for linear RLCK circuits. Using partitioning in MOR to first divide the circuit into smaller subcircuits makes it possible to use low-order approximations per each partition and still retain a good overall approximation accuracy for the total reduced circuit, when the individually reduced partitions are recombined. This use of low-order approximations in turn guarantees numerical stability and allows the approximations to be matched with relatively simple positive-valued RLCK macromodels, resulting in a realizable RLCK-in-RLCK-out reduction. Partitioning is known to provide the MOR also many other benefits, such as block-level sparsity, facilitated terminal node handling, reduced computational memory demands, and an option for natural parallel processing. Thanks to the many desirable features provided, this thesis aims to show that the presented MOR approach is highly efficient and well comparable to previously published MOR methods, especially in the case of typical interconnect RLCK circuits. The publications of this thesis first discuss the development of efficient RC and RL MOR methods, and the hierarchical approach to MOR offered by partitioning. Then, an RLC MOR method, PartMOR, using the same approach is presented. The latter four publications of this thesis focus on refining the presented methods and solving common difficulties in MOR: Singularity-generating structures in the original circuit can be avoided by isolating such structures with partitioning. Dense coupling of mutual inductances and capacitances between interconnects can be reduced with partitioning and a two-stage approximation. Finally, combining the presented methods together results in a complete RLCK-in-RLCK-out MOR algorithm package. en
dc.description.abstract Mikropiiriteknologian kehityksen myötä liitosjohtojen epäideaalisten ilmiöiden vaikutukset ovat nousseet signaalinkulun kannalta yhä tärkeämmäksi tekijäksi. Jotta piirien simulaatioissa päästäisiin vaadittuun realistisuuteen, on näitä epäideaalisuuksia mallinnettava suurella tarkkuudella, mikä voi tuottaa helposti tuloksenaan valtavia RLCK-piirikuvauksia. Mallien suuri koko puolestaan aiheuttaa simulaatioihin numeerisia ongelmia. Eräs keino helpottaa ongelmaa on käyttää malliredusointia, joka pyrkii approksimoimaan alkuperäistä kuvausta toisella, pienemmällä mallilla. Tämä väitöskirja esittelee malliredusointiin soveltuvan algoritmikokoelman tutkimus- ja kehitystyön, jonka kantavana ideana on hyödyntää piirijakoa ja makromalleja. Käyttämällä piirijakoa alkuperäinen piiriongelma voidaan jakaa pienempiin osiin. Tämä mahdollistaa piirijakojen approksimoinnin matalan asteluvun malleilla, jotka säilyttävät silti riittävän approksimaatiotarkkuuden, kun kyseiset mallit yhdistetään redusoinnin lopuksi takaisin yhdeksi kokonaisuudeksi. Matalan asteluvun mallien käyttäminen puolestaan takaa redusoin-nin numeerisen stabiiliuden ja mahdollistaa mallien esittämisen positiivisarvoisilla RLCK-makromalleilla. Näin malliredusointivuo pystyy tuottamaan tavallisilla piirielementeillä realisoitavia malleja ja varmistaa siten redusointitulosten helpon jatkokäytön. Piirijako auttaa malliredusointia tutkitusti monin tavoin, kuten tuottamalla lohkotasolla harvoja matriiseja, helpottamalla moniporttisten piirien redusointia, vähentämällä muistin-kulutusta ja tarjoamalla luonnollisen keinon rinnakkaisprosessoinnille. Tämä väitöskirja pyrkii osoittamaan, että esitetty piirijakoon ja makromalleihin pohjautuva lähestymistapa malliredusointiin on tehokas ja vertailukelpoinen vaihtoehto aiemmin julkaistuihin redusoin-timenetelmiin verrattuna - erityisesti liitinjohtotyyppisten RLCK-piirien tapauksessa. Työn ensimmäiset julkaisut käsittelevät tehokkaiden RC- ja RL-redusointimenetelmien tutkimusta ja kehitystä, sekä piirijaon mahdollistamaa hierarkista lähestymistapaa mallire-dusointiin. Tämän jälkeen esitellään yleisempään RLC-redusointiin sopiva menetelmä, PartMOR. Väitöskirjan viimeiset neljä julkaisua keskittyvät esiteltyjen menetelmien hiomi-seen sekä eräiden malliredusoinnin ongelmakohtien ratkomiseen: Singulaarisuuksia tuottavat rakenteet voidaan eristää redusoinnista piirijaon avulla. Tiheät kapasitiiviset ja induktiiviset kytkennät liitinjohtojen välillä voidaan redusoida piirijaolla ja kaksiportaisella approksimaa-tiolla. Lopuksi yhdistämällä esitetyt parannukset yhdeksi redusointivuoksi saadaan aikaan RLCK-piirien redusointiin soveltuva algoritmikokonaisuus. fi
dc.format.extent 150
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.relation.ispartofseries Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS en
dc.relation.ispartofseries 10/2014
dc.relation.haspart [Publication 1]: P. Miettinen, M. Honkala, J. Roos, C. Neff, and A. Basermann. Study and development of an efficient RC-in–RC-out MOR method. In Proceedings of the 15th IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems, ICECS’08, Malta, pp. 1277–1280, Aug. 2008.
dc.relation.haspart [Publication 2]: P. Miettinen, M. Honkala, and J. Roos. Partitioning-based RL-in–RL-out MOR method. Mathematics in Industry 14: Scientific Computing in Electrical Engineering SCEE 2008, J. Roos and L. R. J. Costa, Eds. Berlin, Germany: Springer-Verlag, pp. 547–554, Jan. 2010.
dc.relation.haspart [Publication 3]: M. Honkala, P. Miettinen, J. Roos, and C. Neff. Hierarchical model-order reduction flow. Mathematics in Industry 14: Scientific Computing in Electrical Engineering SCEE 2008, J. Roos and L. R. J. Costa, Eds. Berlin, Germany: Springer-Verlag, pp. 539–546, Jan. 2010.
dc.relation.haspart [Publication 4]: P. Miettinen, M. Honkala, J. Roos, and M. Valtonen. PartMOR: Partitioning-based realizable model-order reduction method for RLC circuits. IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems, vol. 30, no. 3, pp. 374–387, March 2011.
dc.relation.haspart [Publication 5]: P. Miettinen, M. Honkala, J. Roos, and M. Valtonen. Improving model-order reduction methods by singularity exclusion. Mathematics in Industry 16: Scientific Computing in Electrical Engineering SCEE 2010, B. Michielsen and J. -R. Poirier, Eds. Berlin, Germany: Springer-Verlag, pp. 395–404, Jan. 2012.
dc.relation.haspart [Publication 6]: P. Miettinen, M. Honkala, J. Roos, and M. Valtonen. Partitioning-based reduction of circuits with mutual inductances. Mathematics in Industry 16: Scientific Computing in Electrical Engineering SCEE 2010, B. Michielsen and J. -R. Poirier, Eds. Berlin, Germany: Springer-Verlag, pp. 395–404, Jan. 2012.
dc.relation.haspart [Publication 7]: P. Miettinen, M. Honkala, J. Roos, and M. Valtonen. Sparsification of dense capacitive coupling of interconnects. IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems, vol. 21, no. 10, pp. 1955–1959, Oct. 2013.
dc.relation.haspart [Publication 8]: P. Miettinen, M. Honkala, J. Roos, and M. Valtonen. Realizable reduction of interconnect models with dense coupling. In European Conference on Circuit Theory and Design (ECCTD) 2013, Dresden, Germany, pp. 1–4, Sept. 2013.
dc.subject.other Electrical engineering en
dc.title Partitioning and macromodeling -based realizable reduction of interconnect circuit models en
dc.title Piirijakoon ja makromalleihin perustuva mallireduktio fi
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.contributor.school Sähkötekniikan korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Electrical Engineering en
dc.contributor.department Radiotieteen ja -tekniikan laitos fi
dc.contributor.department Department of Radio Science and Engineering en
dc.subject.keyword circuit simulation en
dc.subject.keyword interconnect modeling en
dc.subject.keyword model-order reduction en
dc.subject.keyword piirisimulointi fi
dc.subject.keyword liitinjohtomallinnus fi
dc.subject.keyword malliredusointi fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-952-60-5541-1
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.contributor.supervisor Valtonen, Martti, Prof., Aalto University, Department of Radio Science and Engineering, Finland
dc.opn Rommes, Joost, Ph.D., NXP Semiconductors, Netherlands
dc.date.dateaccepted 2013-12-17
dc.contributor.lab Circuit Theory en
dc.contributor.lab Piiriteoria fi
dc.rev Stykel, Tatjana, Prof. Dr., University of Augsburg, Germany
dc.rev Tan, Sheldon X.-D., Prof. Dr., University of California, Riverside, USA
dc.date.defence 2014-02-21


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse