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一种新型的高性能CPU时钟树自适应优化策略
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作者 樊凌雁 张哲 +2 位作者 黄灿坤 骆建平 刘海銮 《电子与信息学报》 北大核心 2025年第4期1192-1201,共10页
该文基于精简指令集系统(RISC-V)架构提出了一种新型的自适应全流程(ADFF)时钟树优化方法,高效利用有用偏差(useful skew)来优化高性能CPU时钟树,以满足市场对芯片高性能和低功耗的双重需求。针对时钟树,通过选择关键路径并结合理论延... 该文基于精简指令集系统(RISC-V)架构提出了一种新型的自适应全流程(ADFF)时钟树优化方法,高效利用有用偏差(useful skew)来优化高性能CPU时钟树,以满足市场对芯片高性能和低功耗的双重需求。针对时钟树,通过选择关键路径并结合理论延迟和缓冲器制造有用偏差,采用循环迭代的方式,在不同流程自适应修复常规流程无法解决的建立时间违例(setup violation)和保持时间违例(hold violation)。为了在提升性能的同时,最大限度降低功耗,该文对加入的延迟单元进行合并(merge)处理,实现功耗与时序的联合优化。最后采用RISC_V CPU核进行验证,研究结果表明,在确保合理功耗的基础上,所提方法显著改善了时序情况,总时序裕量违例几乎完全消除。 展开更多
关键词 时钟树 有用偏差 自适应 时间违例 联合优化
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ASIC后端设计中的时钟偏移以及时钟树综合 被引量:16
2
作者 千路 林平分 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2008年第6期527-529,共3页
目前的ASIC设计中,时钟偏移成为限制系统时钟频率的主要因素,时钟树综合技术通过在时钟网络中插入缓冲器来减小时钟偏移。但是,有时这样做并不能达到系统要求的时钟偏移。以一款SMIC0.18μm工艺的DVBT数字电视解调芯片为例,分析了时钟... 目前的ASIC设计中,时钟偏移成为限制系统时钟频率的主要因素,时钟树综合技术通过在时钟网络中插入缓冲器来减小时钟偏移。但是,有时这样做并不能达到系统要求的时钟偏移。以一款SMIC0.18μm工艺的DVBT数字电视解调芯片为例,分析了时钟偏移的产生原因。介绍了使用Synopsys公司Astro工具进行时钟树综合的方法,重点分析了在时钟树综合之前如何设置约束手动优化电路从而改善设计的时序,最后的流片结果证明该方法是有效的。 展开更多
关键词 时钟偏移 时钟树综合 Astro 手动优化
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基于时钟树功耗预提取的SoC功耗估计方法 被引量:4
3
作者 常晓涛 张志敏 王鑫 《计算机工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第1期234-236,共3页
精确评估系统芯片(System-on-a-Chip)在各种不同工作状态下的功耗需要仿真不同的向量集。评估过程中很大一部分计算花费在时钟树功耗上。通过对芯片功能的分析,可以将时钟树功耗单独提取并加以计算,然后只需要每次计算出芯片其它部分在... 精确评估系统芯片(System-on-a-Chip)在各种不同工作状态下的功耗需要仿真不同的向量集。评估过程中很大一部分计算花费在时钟树功耗上。通过对芯片功能的分析,可以将时钟树功耗单独提取并加以计算,然后只需要每次计算出芯片其它部分在各种工作状态下的功耗,即可得到系统的总功耗。在“中科SoC”设计中的实践可以看出,该方法同传统方法相比可以节省10%以上的计算时间和大约13%的磁盘存储空间,而功耗估计偏差不到0.1%。 展开更多
关键词 系统芯片 功耗估计 低功耗设计 时钟树
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同步数字系统时钟分布及偏斜补偿技术研究 被引量:3
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作者 冀蓉 曾献君 +1 位作者 陈亮 张峻峰 《计算机工程与科学》 CSCD 北大核心 2009年第3期135-138,共4页
本文从时钟系统的两个主要参数——时钟偏斜和抖动对系统性能的影响入手,对现有的高性能VLSI同步数字系统中的时钟分布网络和偏斜补偿技术进行了研究和分类,并从体系结构、偏斜补偿的精度、抖动、功耗以及实现的难易度等方面对各种补偿... 本文从时钟系统的两个主要参数——时钟偏斜和抖动对系统性能的影响入手,对现有的高性能VLSI同步数字系统中的时钟分布网络和偏斜补偿技术进行了研究和分类,并从体系结构、偏斜补偿的精度、抖动、功耗以及实现的难易度等方面对各种补偿技术进行了比较和分析。 展开更多
关键词 时钟分布 时钟偏斜 时钟抖动 网格 时钟补偿
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基于C单元的抗干扰低功耗双边沿触发器 被引量:3
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作者 黄正峰 杨潇 +5 位作者 国欣祯 戚昊琛 鲁迎春 欧阳一鸣 倪天明 徐奇 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2020年第12期85-93,共9页
快速增长的功耗是VLSI设计中的重要问题,特别是输入信号中存在毛刺,双边沿触发器的功耗将会显著增大。为了有效降低功耗,提出了一种基于C单元的抗干扰低功耗双边沿触发器AILP-DET,结构采用快速的C单元,不仅能够阻塞输入信号存在的毛刺,... 快速增长的功耗是VLSI设计中的重要问题,特别是输入信号中存在毛刺,双边沿触发器的功耗将会显著增大。为了有效降低功耗,提出了一种基于C单元的抗干扰低功耗双边沿触发器AILP-DET,结构采用快速的C单元,不仅能够阻塞输入信号存在的毛刺,阻止触发器内部冗余跳变的发生,降低晶体管的充放电频率;而且增加了上拉-下拉路径,降低了其延迟。相比现有的双边沿触发器,AILP-DET只在时钟边沿采样,有效降低了功耗。通过HSPICE仿真,与10种双边沿触发器相比较,AILP-DET仅仅增加了7.58%的延迟开销,无输入毛刺情况下总功耗平均降低了261.28%,有输入毛刺情况下总功耗平均降低了46.97%。详尽的电压温度波动分析表明,该双边沿触发器对电压、温度等波动不敏感。 展开更多
关键词 双边沿触发器 毛刺 低功耗 C单元 时钟树
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同步数字集成电路设计中的时钟树分析 被引量:5
6
作者 殷瑞祥 郭镕 陈敏 《华南理工大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第6期5-8,共4页
时钟树的设计是同步数字集成电路设计中的一个重要部分,对系统的性能和可靠性有很大影响.文中介绍了同步数字系统的组成和时钟偏移的定义,提出了一种时钟树结构的设计方法,基于该方法用布局布线工具Astro对一个8051芯片进行了自动时钟... 时钟树的设计是同步数字集成电路设计中的一个重要部分,对系统的性能和可靠性有很大影响.文中介绍了同步数字系统的组成和时钟偏移的定义,提出了一种时钟树结构的设计方法,基于该方法用布局布线工具Astro对一个8051芯片进行了自动时钟树分析和指定结构的时钟树分析.结果表明,用文中方法设计时钟树结构能得到比自动时钟树分析更好的效果.文中还给出了设计中门控时钟问题的解决方法. 展开更多
关键词 同步数字系统 集成电路设计 时钟树 时钟偏移
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SoC设计中的时钟低功耗技术 被引量:10
7
作者 王延升 刘雷波 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2009年第24期257-258,261,共3页
针对时钟网络在SoC芯片中的作用和时钟网络自身的特点,研究并实现3种时钟低功耗技术,包括在系统级采用动态时钟管理技术动态地关断和配置芯片内各模块的时钟,在逻辑综合时基于功耗优化工具Power Compiler插入门控时钟单元,在时钟树综合... 针对时钟网络在SoC芯片中的作用和时钟网络自身的特点,研究并实现3种时钟低功耗技术,包括在系统级采用动态时钟管理技术动态地关断和配置芯片内各模块的时钟,在逻辑综合时基于功耗优化工具Power Compiler插入门控时钟单元,在时钟树综合时以时钟树规模为目标进行低功耗时钟树综合。在音视频解码芯片的设计中采用以上3种技术,结果表明其功耗优化效果明显。 展开更多
关键词 时钟 动态时钟管理 门控时钟 低功耗时钟树综合
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基于28 nm工艺数字芯片的时钟树设计 被引量:5
8
作者 陈力颖 汤勇 吕英杰 《天津工业大学学报》 CAS 北大核心 2019年第1期76-82,共7页
针对纳米级设计中时钟偏移大、时序不容易收敛等问题,提出了一种有效的时钟树综合(CTS)优化方案。以28 nm工艺的数字芯片为例,根据其时钟结构特点,将CTS过程分成两步完成。利用这种方法,采用Cadence公司的APR工具Encounter对数字模块进... 针对纳米级设计中时钟偏移大、时序不容易收敛等问题,提出了一种有效的时钟树综合(CTS)优化方案。以28 nm工艺的数字芯片为例,根据其时钟结构特点,将CTS过程分成两步完成。利用这种方法,采用Cadence公司的APR工具Encounter对数字模块进行时钟网络的设计;对分步CTS和传统CTS两种方法进行比较。结果表明:使用分步CTS的时钟偏移减小了52%,提高了时钟网络的性能,从而时序得到了很大的改善,芯片泄漏功耗也降低了45%。 展开更多
关键词 数字芯片 时钟树设计 数字集成电路 物理设计 时钟树综合 时钟偏移 插入延迟
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前后端协同的时钟树设计方法 被引量:2
9
作者 王兵 彭瑞华 傅育熙 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2008年第12期227-229,232,共4页
提出一种新的高平衡、高可靠性的前端可控时钟树设计方法,解决时钟树需要在后端工具中多次反复以达到满足性能和功耗要求的问题。阐述了从前端优化和后端约束2个方面入手解决时钟树设计中经常会遇到的问题。在此基础上,将前后端方法结... 提出一种新的高平衡、高可靠性的前端可控时钟树设计方法,解决时钟树需要在后端工具中多次反复以达到满足性能和功耗要求的问题。阐述了从前端优化和后端约束2个方面入手解决时钟树设计中经常会遇到的问题。在此基础上,将前后端方法结合起来完成时钟树设计。结果验证该方法可以减少大约20%的功耗,同时节省了设计时间,该方法可以广泛应用于基于时钟的同步数字电路设计中。 展开更多
关键词 时钟树 平衡 协同设计 后端
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基于55nm工艺的MCU低功耗物理设计 被引量:2
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作者 陈力颖 罗奎 +2 位作者 王浩 刘宏伟 吕英杰 《天津工业大学学报》 CAS 北大核心 2021年第3期77-82,共6页
为了降低芯片的功耗,提高芯片的性能和可靠性,在传统数字芯片物理设计流程基础上,提出一种新的低功耗物理设计方法,包括布局(Placement)阶段采用SAIF文件进行低功耗的协同优化,并在布局结果基础上,通过手动配置时钟单元摆放来减小缓冲... 为了降低芯片的功耗,提高芯片的性能和可靠性,在传统数字芯片物理设计流程基础上,提出一种新的低功耗物理设计方法,包括布局(Placement)阶段采用SAIF文件进行低功耗的协同优化,并在布局结果基础上,通过手动配置时钟单元摆放来减小缓冲单元插入的方式进行低功耗的时钟树设计。结果表明:通过新的低功耗设计可以大幅改善芯片功耗,在布局阶段,芯片功耗降为原来的90.6%,建立时间的最差违例值由-6.021降为-0.880;时钟树综合(clock tree synthesis,CTS)阶段,功耗优化效果显著,时钟网络功耗降为原来的73.1%,总功耗降为原来的86.2%;时序得到改善,建立时间的违例总条数降为原来的12.5%,总违例值降为原来的3.0%,保持时间的违例总条数降为原来的39.8%,总违例值降为原来的7.5%。 展开更多
关键词 数字集成电路 布局 时钟树综合 低功耗 协同优化
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基于28nm工艺的CCOpt技术高效时钟树设计 被引量:3
11
作者 陈力颖 翦彦龙 吕英杰 《天津工业大学学报》 CAS 北大核心 2019年第2期62-67,共6页
为了设计合理高效的时钟树网络,对建立和保持时间约束以及时钟偏差进行分析,基于28 nm工艺设计了一款高速数字芯片,采用Innovus工具实施布局布线,在时钟树综合(CTS,clock tree synthesis)阶段采用CCOpt(clock concurrent optimization)... 为了设计合理高效的时钟树网络,对建立和保持时间约束以及时钟偏差进行分析,基于28 nm工艺设计了一款高速数字芯片,采用Innovus工具实施布局布线,在时钟树综合(CTS,clock tree synthesis)阶段采用CCOpt(clock concurrent optimization)技术,合理利用时钟偏差,同时优化时钟路径和逻辑路径,对时钟网络进行优化,并考察时钟树延时、时序和时钟网络功耗等指标。结果标明:与传统CTS技术相比,采用CCOpt技术时,最差时序违例和违例路径数量减少50%;布局布线时间减少2 h;芯片时钟网络内部互连功耗减少55%,泄漏功耗减少80%,有效提高了数字芯片的性能。 展开更多
关键词 数字芯片 CCOpt 有用偏差 时钟树综合 时序约束 功耗
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高性能VLSI设计中时钟分布网络的问题与解决方法 被引量:2
12
作者 刘祥远 陈书明 《计算机工程与科学》 CSCD 2007年第6期89-92,共4页
本文介绍了深亚微米工艺下高性能VLSI芯片中时钟分布网络设计所面临的问题,总结了时钟分布网络设计的一般方法,最后指出了时钟分布网络设计研究的发展方向。
关键词 时钟分布网络 时钟不确定性 偏斜 抖动 功耗 时钟树
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一种低功耗集成电路的时钟分布策略 被引量:6
13
作者 阳若宁 《中南林业科技大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第12期192-196,共5页
均衡时钟分布树在大规模数字集成电路实现中具有重要作用,其中H型树代表主流ASIC设计中时钟分布方式。H树过度依赖时钟缓冲器均衡分布算法,使时钟网络级数过高、存在较多冗余缓冲器,导致整体功耗过大。提出了一种新的低功耗分布方案,以... 均衡时钟分布树在大规模数字集成电路实现中具有重要作用,其中H型树代表主流ASIC设计中时钟分布方式。H树过度依赖时钟缓冲器均衡分布算法,使时钟网络级数过高、存在较多冗余缓冲器,导致整体功耗过大。提出了一种新的低功耗分布方案,以去偏斜时钟电路的方式,将时钟树叶节点与根节点进行相位同步。此电路结合了SMD和DLL两种实现,即可以快速完成时钟同步,又可以在细粒度上进行微调,从而对以往此类方案进行改进。使用SPICE仿真和SOC Encounter布线工具进行仿真验证,结果表明此方案可以降低20%左右的功耗。 展开更多
关键词 低功耗数字集成电路 时钟树分布 去偏斜时钟电路 SMD DLL
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基于模拟退火方法的多级时钟树的构建 被引量:2
14
作者 窦润亮 南国芳 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2007年第20期1-3,7,共4页
在时钟布线中,时钟信号和时钟偏差对电路性能的影响越来越明显。针对传统的时钟网络拓扑生成算法存在的不足,提出了时钟二叉树的"多级"模型并设计了基于模拟退火方法的时钟二叉树形成算法。用该算法对随机测试例子和标准标杆... 在时钟布线中,时钟信号和时钟偏差对电路性能的影响越来越明显。针对传统的时钟网络拓扑生成算法存在的不足,提出了时钟二叉树的"多级"模型并设计了基于模拟退火方法的时钟二叉树形成算法。用该算法对随机测试例子和标准标杆测试例子的测试中发现,较之传统的启发式算法,该算法能产生更好的测试结果。 展开更多
关键词 二叉树 时钟布线 模拟退火 多级模型
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一种低功耗时钟树综合的寄存器聚类方法 被引量:2
15
作者 唐俊龙 卢英龙 +2 位作者 戴超雄 邹望辉 李振涛 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期147-152,共6页
随着集成电路制造工艺的进步与芯片集成度的提升,对于低功耗芯片的需求越来越大.时钟网络功耗占芯片总功耗的40%以上,优化时钟网络的功耗已成为高性能集成电路设计中最重要的目标之一.本文提出了一种新的寄存器聚类方法来生成时钟树的... 随着集成电路制造工艺的进步与芯片集成度的提升,对于低功耗芯片的需求越来越大.时钟网络功耗占芯片总功耗的40%以上,优化时钟网络的功耗已成为高性能集成电路设计中最重要的目标之一.本文提出了一种新的寄存器聚类方法来生成时钟树的叶级拓扑结构,通过限制群组的扇出、负载和范围,对寄存器进行合理分组,减少了缓冲器的插入数目和总布线长度,有效降低时钟网络功耗.将该方法整合到传统的时钟树综合(CTS)流程中,在ISCAS89基准电路上测试并分析其有效性.实验结果表明,该寄存器聚类方法在不影响时钟树最大延时的情况下,有效减少了时钟网络20%以上的功率耗散和20%以上的时钟偏移. 展开更多
关键词 低功耗电子 时钟偏移 寄存器聚类 时钟树综合
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三元树上的线性递归序列 被引量:1
16
作者 王锦玲 毕文斌 《郑州大学学报(工学版)》 CAS 2006年第2期110-112,共3页
利用图论中的三元树理论将GF(2)上的一类钟控序列构造成GF(3)上的最长游程仅为2的序列,从而获得了一个线性复杂度更高,随机性更强的新序列.
关键词 线性复杂度 周期 三元树 钟控序列 随机性
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新型时延可控时钟网络驱动器及其应用
17
作者 吕冬明 张培勇 +2 位作者 严晓浪 郑丹丹 何仙娥 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第8期1350-1354,1414,共6页
传统的时钟偏差调整方法在应用于超深亚微米工艺时,由于流程各阶段时序一致性的降低会产生失效问题.为此,提出了一种可重构的时延可控时钟网络驱动器(DCCB)的物理设计.该设计可以通过内部结构的重新配置来改变CMOS管的连接方式、... 传统的时钟偏差调整方法在应用于超深亚微米工艺时,由于流程各阶段时序一致性的降低会产生失效问题.为此,提出了一种可重构的时延可控时钟网络驱动器(DCCB)的物理设计.该设计可以通过内部结构的重新配置来改变CMOS管的连接方式、连接级数以及各级的驱动能力,从而获得不同的传输延时.利用此特性,基于电路版图时序分析,通过重构DCCB单元进行时钟偏差调整,优化时钟周期.实验结果表明,与传统方法相比,此方法对时钟周期的缩减比例提高了10%~17%,而芯片面积及功耗保持不变. 展开更多
关键词 时延可控时钟网络驱动器 时钟树 时钟偏差调整
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自稳定的分布式事务内存模型及算法 被引量:1
18
作者 林菲 孙勇 +1 位作者 丁宏 任一支 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2014年第9期2046-2057,共12页
针对具有瞬时故障的分布式系统,综合考虑系统鲁棒性和可扩展性,提出了一种自稳定的分布式事务内存模型(self-stabilizing distributed transactional memory,SSDTM).首先,利用分层技术和抵押组合理论建立模型框架,并对生成树算法进行了... 针对具有瞬时故障的分布式系统,综合考虑系统鲁棒性和可扩展性,提出了一种自稳定的分布式事务内存模型(self-stabilizing distributed transactional memory,SSDTM).首先,利用分层技术和抵押组合理论建立模型框架,并对生成树算法进行了自稳定改进,以克服现有算法只能适应稳定环境的缺点;其次,将数据流技术与自稳定相结合,设计了数据对象操作方法,提高了系统的数据访问局部性;然后,在给出事务服务模型的基础上,提出了基于改进逻辑时钟的SSDTM并发控制算法;最后,结合理论推导,使用4个典型测试用例在SimJava环境下对SSDTM进行了多角度、大规模的分析和性能测试.结果表明,所提算法具有较强的参数鲁棒性和适用性,与其他模型相比,SSDTM具有更高的吞吐量和容错性. 展开更多
关键词 自稳定 事务内存 瞬时故障 生成树 弹道目标 逻辑时钟
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64位超前进位对数加法器的设计与优化 被引量:3
19
作者 王仁平 何明华 +2 位作者 陈传东 戴惠明 黄扬国 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2010年第11期1116-1121,共6页
设计一个应用于高性能微处理器的快速64位超前进位对数加法器。通过分析超前进位对数加法器原理,提出了改进四进制Kogge-Stone树算法的64位超前进位对数加法器结构,并结合使用多米诺动态逻辑、时钟延迟多米诺逻辑和传输门逻辑等技术来... 设计一个应用于高性能微处理器的快速64位超前进位对数加法器。通过分析超前进位对数加法器原理,提出了改进四进制Kogge-Stone树算法的64位超前进位对数加法器结构,并结合使用多米诺动态逻辑、时钟延迟多米诺逻辑和传输门逻辑等技术来设计和优化电路。该加法器采用SMIC 0.18μm CMOS工艺实现,在最坏情况下完成一次加法运算时间为486.1 ps,与相同工艺和相同电路结构采用静态CMOS实现相比,大大减少了加法器各级门的延迟时间,取得良好的电路性能。 展开更多
关键词 多米诺动态逻辑 时钟延时多米诺 对数加法器 点操作 Kogge-Stone树
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面向芯片计算机集成的时钟树构建
20
作者 石文兰 南国芳 李俊婷 《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2006年第9期1459-1465,1482,共8页
阐述了芯片的版图设计中形成时钟二叉树的多级遗传算法,从理论上说明了该遗传算法的求解思路、编码方式、适应度函数、遗传算子的设计等。重点讨论了节点合并策略和单节点二叉树的形成。提出了时钟二叉树的多级模型,并设计了基于多级遗... 阐述了芯片的版图设计中形成时钟二叉树的多级遗传算法,从理论上说明了该遗传算法的求解思路、编码方式、适应度函数、遗传算子的设计等。重点讨论了节点合并策略和单节点二叉树的形成。提出了时钟二叉树的多级模型,并设计了基于多级遗传算法的时钟二叉树形成算法。用该算法对随机测试例子和标准标杆测试例子的测试中发现,与传统的启发式算法相比,多级遗传算法能产生更好的测试结果。 展开更多
关键词 二叉树 时钟布线 遗传算法 多级模型
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