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专利号: 2024113201233
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于图神经网络的电路布线前时序预测方法,其特征在于,所述方法包括:步骤S1:构建数据集;具体是:

根据真实基准电路构建有向图;

获取真实基准电路的时序报告,并筛选出与到达时间相关的特征参数;

将有向图和与到达时间相关的特征参数构建数据集,同时设定标签;所述标签包括时序报告中各器件单元引脚的到达时间、单元延迟时间、连线延迟时间、转换时间;

步骤S2:对生成的数据集进行数据清洗和归一化处理,将处理好的数据集划分为训练集和测试集;

步骤S3:构建基于RGAT的图神经网络模型,利用训练集和测试集对其进行训练和测试;

步骤S4:利用训练和测试好的基于RGAT的图神经网络模型预测电路的布线后时序结果;

步骤S1具体是:

S101:以真实基准电路中器件单元的引脚作为有向图的节点,将器件单元的连线边和单元边作为有向图节点间的边,即为节点间的连接关系;其中所述连线边为两器件单元间的连线,并设定所述连线边为双向边;所述单元边为器件单元自身的输入引脚与输出引脚的连接关系,并设定单元边为单向边;

S102:根据有向图节点间的连接关系,得到有向图的邻接矩阵A;

S103:生成真实基准电路的时序报告;根据时序报告,筛选出与到达时间相关的特征参数;

步骤S3中所述基于RGAT的图神经网络模型包括图嵌入阶段和延迟传播阶段;

所述图嵌入阶段是对有向图中所有节点使用多层残差连接的RGAT更新节点特征;

所述延迟传播阶段分析有向图的拓扑层次,从拓扑层的起始层开始,逐层实现连线出边或单元边的信息传播;所述连线出边和单元边的信息传播分别由连线延迟传播层和单元延迟传播层实现,直至到达拓扑层次的终止层;

步骤S3图嵌入阶段中所述多层残差连接的RGAT的第一层输入为节点特征;除第一层外其他层输入为上一层的输出;每层RGAT对输入特征进行更新,并通过残差连接将输入特征与更新后特征相加,将相加结果作为这一层的输出;最后一层RGAT输出的结果通过一个多层感知机MLP得到更新后节点特征,并设定更新后节点特征的前ɑ向量维度作为连线延迟时间预测值;

所述每层RGAT对输入特征的更新包括注意力头特征融合阶段、关系头特征融合阶段、融合阶段;

所述融合阶段将注意力头特征融合后的特征向量和关系头特征融合后的特征向量进行拼接,并通过线性变换和relu激活函数后结果与当前层的输入进行残差连接,得到更新后的节点特征;步骤S3延迟传播阶段中连线延迟传播层中,每个连线延迟传播层的输入为当前连线出边的源节点预测值、源节点的嵌入融合特征、目标节点的嵌入融合特征;其中,所述连线出边的源节点预测值采用上一个单元延迟传播层的目标节点预测值,第一个连线延迟传播层的源节点预测值初始化为0;所述源节点的嵌入融合特征为源节点的初始节点特征和图嵌入阶段更新后节点特征拼接后的结果;所述目标节点的嵌入融合特征为目标节点的初始节点特征和图嵌入阶段更新后节点特征拼接后的结果;

将当前连线出边的源节点预测值、源节点的嵌入融合特征、目标节点的嵌入融合特征进行拼接,最后通过多层感知机MLP输出得到目标节点预测值,该预测值包括到达时间的预测值与转换时间的预测值;

步骤S3延迟传播阶段中单元延迟传播层中,每个单元延迟传播层的输入为当前单元边的源节点预测值、源节点的嵌入融合特征、目标节点的嵌入融合特征、单元边特征;所述单元边的源节点预测值采用上一个连线延迟传播层的目标节点预测值;所述源节点的嵌入融合特征为源节点的初始节点特征和图嵌入阶段更新后节点特征拼接后的结果;所述目标节点的嵌入融合特征为目标节点的初始节点特征和图嵌入阶段更新后节点特征拼接后的结果;

将当前单元边的源节点预测值、源节点的嵌入融合特征、目标节点的嵌入融合特征、单元边特征进行拼接,然后通过多层感知机MLP输出;

接着将多层感知机MLP的输出向量进行切分操作,分成四个部分:第一部分是长度为1的权重参数,第二部分和第三部分是两组等长的中间特征,第四部分作为单元延迟时间预测值;

将第一部分结果通 激活函数处理后分别与第二部分和第三部分相乘,得到两组加权中间特征;然后将所有连接到同一目标节点的单元边的两组加权中间特征分别进行求和操作、求最大值操作,再将求和操作结果、求最大值操作结果进行拼接,最后通过多层感知机MLP输出得到单元延迟传播层的目标节点预测值;

步骤S3基于RGAT的图神经网络模型训练时的损失函数由预测到达时间与转换时间的损失函数,预测连线延迟时间的损失函数和预测单元延迟时间的损失函数组成,其公式如下:              式(1)

其中 是预测到达时间与转换时间的损失函数, 、 分别是预测连线延迟时间的损失函数和预测单元延迟时间的损失函数;

            式(2)

其中 是有向图中的所有节点个数, 是到达时间真实值与转换时间真实值的拼接, 是到达时间预测值与转换时间预测值的拼接;

            式(3)

其中 是有向图中扇入节点个数,  是连线延迟时间实际值, 是连线延迟时间预测值;

            式(4)

其中 是有向图中单元边的个数, 是单元延迟时间实际值, 是单元延迟时间预测值。

2.根据权利要求1所述方法,其特征在于,步骤S103中所述与到达时间相关的特征参数包括节点特征、单元边特征。

3.根据权利要求1所述方法,其特征在于,步骤S103中所述节点特征包括真实基准电路中相对于芯片4个边界的距离,引脚电容,引脚类型,节点类型;所述引脚类型包括PI引脚、PO引脚;所述节点类型包括扇入节点、扇出节点;所述单元边特征包括LUT查找表的索引值和延迟值。

4.根据权利要求1所述方法,其特征在于,步骤S3延迟传播阶段中有向图的拓扑层的初始层均由连线出边的源节点构成。