一种clock mesh与H-tree混合时钟树设计方法.docx

一种clockmesh与H-tree混合时钟树设计方法
在计算机系统中，时钟树是保证系统同步性和正确性的重要元素之一。时钟树设计的目的是将时钟信号从主时钟源传递到整个系统中的所有时钟信号接收器中，正确分配时钟周期并确保其稳定性。在时钟树的设计中，通常有两种主要的设计方法：clockmesh和H-tree。随着计算机系统的发展，这两种方法各自存在着优缺点。因此，将这两种方法结合起来的混合式时钟树设计方法被提出，以达到更好的性能和能耗。
首先，我们来了解一下clockmesh和H-tree的基本概念和原理。
Clockmesh是一种在芯片平面上布置的时钟网络结构，其中时钟信号通过同样间隔的线网格进行传输，因此也称为网状时钟结构。clockmesh具有以下优点：一是线长相等，时延基本一致，相位差较小；二是走线较密，由于线长相等，电磁干扰(NR)近乎等效分布，降低了电信号间的相互干扰，从而有助于改善系统电磁兼容性(EMC)，减少时钟抖动(JI)；三是由于是网状结构，电气规划容易进行，实现简单，同时面积较小，可以减少电气规划中功耗和面积的考虑。
H-tree是一种分级的时钟传输结构。H-tree有以下优点：一是考虑到了各个层间的时延差异，可根据时间要求而调整；二是H-tree设计里，时钟信号只会在垂直和水平方向上传播，因此能很好地限制高频时钟干扰；三是容易扩展，可用于大规模集成电路，由于H-tree结构可以很轻易地进行重复添加等操作。
接下来，我们来看看混合式时钟树设计方法。混合式时钟树利用了clockmesh和H-tree的各自优点，具有更好的性能和能耗。其基本原理就是将H-tree的传输树结构从主时钟源节点延伸到外围器件，然后使用clockmesh来分支到每个器件。在混合式时钟树中，主时钟源先经过一层比较长的H-tree传输到chip核心区域，然后再进行分割。在核心区域的较小地区采用clockmesh进行时钟传输。
混合式时钟树设计方法有以下优点：
1.延迟多样性——与H-tree相比，clockmesh的线路长度相等，延迟取决于线路长度和传播速度，具有固定的延迟，而H-tree的延迟根据建立的层数计算。通过将这两种方法进行结合，混合式时钟树可以提供各种延迟，可以根据需要进行调整。
2.降低功耗——clockmesh需要较少的跨时区连接，因此具有较低的电源抖动幅度和功耗；一般而言，如果没有必要，可以减少跨时区传输，以便更好地节省功耗，而H-tree的复合结构可以通过改变传输路径的个数来调整功耗。
3.安全性——HAVING-tree结构的缺点是容易被攻击盗窃，而网状时钟结构具有高度的安全性，第三方很难监测到电路的实际运转情况。
4.设计的可扩展性——将H-tree结构与clockmesh结构结合，可以在尺寸、速度和精度上实现更好的扩展性和可调性，设计更灵活。
综上所述，混合式时钟树设计方法综合使用了clockmesh和H-tree的优点，提高了性能和能耗，是一种很有前途的设计方式。但是它也存在一些缺点：首先是设计的复杂性，为了获得更好的时钟传输效果，需要克服各种设计上的困难；其次是成本比较高，因为混合式时钟树需要更占用面积，具有更高的成本。
总之，混合式时钟树可以更好地满足现代计算机系统的时钟分配需求。虽然设计较为复杂，成本较高，但是良好的时钟传输系统必将为计算机系统的整体性能提供有效的支持。随着技术的进步和设计经验的积累，混合式时钟树的应用前景必将越来越广泛。