Deep H-GCN: Fast Analog IC Aging-Induced Degradation Estimation

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作者
Tinghuan Chen,Qi Sun,Canhui Zhan,Changze Liu,Huatao Yu,Bei Yu
出处
期刊:IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:41 (7): 1990-2003 被引量:19
标识
DOI:10.1109/tcad.2021.3107250
摘要

With continued scaling, the transistor aging induced by hot carrier injection (HCI) and bias temperature instability (BTI) causes an increasing failure of nanometer-scale integrated circuits (ICs). Compared to digital ICs, analog ICs are more susceptible to aging effects. The industrial large-scale analog ICs bring grand challenges in the efficiency of aging verification. In this article, we propose a heterogeneous graph convolutional network (H-GCN) to fast estimate aging-induced transistor degradation in analog ICs. To characterize the multityped devices and connection pins, a heterogeneous directed multigraph is adopted to efficiently represent the topology of analog ICs. A latent space mapping method is used to transform the feature vector of all typed devices into a unified latent space. We further extend the proposed H-GCN to be a deep version via initial residual connections and identity mappings. The extended deep H-GCN can extract information from multihop devices without an oversmoothing issue. A probability-based neighborhood sampling method on the bipartite graph is adopted to ease the model training on large-scale graphs and achieve good scalability. Experiments on very advanced 5-nm industrial benchmarks show that, compared to traditional graph learning methods and static aging reliability simulations by an industrial design-for-reliability (DFR) tool, the proposed deep H-GCN can achieve more accurate estimations of aging-induced transistor degradation. Compared to the dynamic and static aging reliability simulations, our extended deep H-GCN, on average, can achieve $241\times $ and $39\times $ speedup, respectively.
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