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通过层次结构来延伸实体合成

Dave Balhiser;Frank Baszler?? 安捷伦科技网络解决方案事业部?? 2003年08月12日 ?? 收藏0
安捷伦科技多年来一直非常努力地改善它的层次结构设计方法。我们最新的改善成果,就是在设计流程中加入实体合成工具。虽然安捷伦采用了许多独创的设计技术,例如资料路径和自订设计,但本文将着重于一般设计团体所熟悉的标准单元(cell)部份。
  基本的限制将180 nm技术与300 MHz设计中的合成及布局与路由(place-and-route)- 以电线负载模式连结 - 做了明显的区隔。传统的合成已经在去年被实体合成所取代了,即使它包含以时序为主的布局与路由等延伸功能也不例外,因为实体合成能提供更高的效能与更准确的时序预测。但是对复杂的晶片设计所带来的挑战而言,光是实体合成并不能构成一个完整的解决方案,目前的实体合成工具无法一次负荷设计中所包含的几百万个逻辑闸。将设计细分成几个易于管理的区块,是比较理想的作法。
  在高阶ASIC市场中竞争的安捷伦特别清楚这个问题,此市场的主要设计通常包含500万个以上的逻辑闸,并以高于250 MHz的频率操作。这些ASIC将会用于各种高效能应用中,例如先进的网路产品和电脑工作站晶片组,我们所面对的挑战在于如何维持效能,以赶上最新的CPU的需求,同时降低成本并配
合紧迫的时间表。
  我们采用一种叫做"结构式自订"的混合技术,来解决这个问题。当安捷伦还隶属于HP时,我们就已发展出这种技术来设计仪器的晶片与CPU核心的一些部份。这些晶片完全是自订的,并透过自动化程序来辅助设计。这些早期发展出来的技术,形成了我们目前的想法。
  晶片设计的第一步,通常是将它分割成多个巨集函数(macro functions),并分别由不同的设计工程师建立。接下来,设计人员必须在层次结构的下一个层次,将这些区块(巨集函数)组成一个新的设计,并持续这个过程直到完成晶片的设计为止。目前标准的晶片大约包含7个层次,并包含100个不同的设计,它们必须全部交由少数的设计工程师来管理。
  早期我们大部份的区块都是自订的。现在,安捷伦则是针对许多晶片的特定区块,运用资料路径与自订的类比设计方法。但为了协助客户与实体设计人员提高产能,我们尽可能使用RTL式的标准单元方法来处理大部份的区块。在我们的分割与控制(divide-and-conquer)方法中,通常会将设计分割,以方便迅速修改及重新设计任何一个巨集函数。因此,当接到工程变更指示时,我们就能迅速地重新设计晶片,因为每个区块都是独立的,而且只需要修改受到影响的区块即可。所谓完成变更指示,主要就是针对修改过的区块重新执行上层的路由。
  迅速改变区块这个想法的重点,就是在层次结构的所有层次达到一次时序闭合(one-pass timing closure)的效果。要达到这个目的,必须了解时序变异的来源并予以补偿才行。降低时序不一致的理想方法,就是从统计的电线负载模式WLM,改为实体合成中所使用的位置式RC估计。
  实体合成的优势
  ASIC设计工程师在过去几年来,目睹了传统合成技术的没落。从0.35微米开始,电线电容降低驱动器速度时所造成的电线负载延迟,占了整体延迟很大的一部份。在0.25微米时,因为电线本身的传播延迟所造成的电线延迟也变得非常明显。在0.18微米时,因电线所造成的延迟,通常会超过重要路径上的逻辑闸延迟。
  WLM是将合成时序与后原图(post-artwork)时序结合的传统统计方法。对较简单的制程技术来说,互连对整体延迟会产生较大的影响,而WLM式的时序则与后原图时序没什么太大的关系。
  合成工具的编写者在研究电线的寄生问题时,深切了解到它的复杂性。电线包含了好几种因素,例如长度、宽度、邻接电线、逻辑闸负载及扇出。逻辑闸负载和扇出是由合成所直接控制的"旋钮"。WLM假设扇出可以预测电线的寄生。因此,在单一的扇出中,合成工具会试着整理出极复杂的问题。
  微分实体合成工具,例如Synopsys的Physical Compiler,可以使用它们的位置知识更准确地估计出电线延迟。WLM是以具有共同扇出的电线之统计分配为基础,而Physical Compiler则是会逐一地估计电线的电阻和电容。
  实体合成工具提高执行速度的方法,就是使用Steiner或1/2周长估计值,根据连接的接脚位置来计算每个电路线路的电线长度。目前Physical Compiler使用的是以电线的水平及垂直电阻与电容参数为主的完整RC模型。这些以位置为主的估计值,可以更准确地预测出后路由时序。
  区块大小的影响
  除了曲折的路由之外,区块中最长的电线会经过每一个角落,并且会水平跨越区块的宽度及垂直越过它的高度。因此,区块的1/2周长可限制最坏情况、直接、点对点的路由。同样地,它也会局限直接的多个扇出电路线路。
  当区块变大时,它们的1/2周长也会跟着变大。对任何制程来说,较大的区块多半都会使用较长的电线。虽然在较大区
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层次结构? 实体合成?

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