Обзор топологического проектирования
Первые Интегральные Схемы (ИС) во время их появления в 60-х годах включали всего несколько транзисторов. В настоящее время плотность интеграции достигла нескольких миллионов - это Сверх Большие Интегральные Схемы (СБИС). Такой быстрый рост стал возможен благодаря автоматизации многих шагов, составляющих процесс разработки и производства.
Интегральные схемы представляют собой набор электронных компонентов, полученных путем наслоения различных материалов в виде геометрических фигур на кремниевой основе, называемой пластиной. Такое представление схемы называется топологией. Процесс производства накладывает на топологию ряд ограничений, которые определяют возможное взаимное расположение и форму геометрических фигур. Трансформация электрической схемы в топологию с учетом всех ограничений называется топологическим синтезом.
Наличие большого числа компонентов и ограничений делает невозможным синтез топологии без применения компьютеров. В настоящее время практически на всех этапах разработки топологии интенсивно используются Системы Автоматизированного Проектирования (САПР), и многие из этапов уже частично или полностью автоматизированы.
Процесс топологического синтеза обычно включает следующие шаги:
Разбиение: Кристалл может содержать до нескольких миллионов транзисторов. Такая топология не может быть спроектирована целиком из-за ограничений по памяти и сложности алгоритмов. Поэтому производится разбиение начальной схемы на модули. При этом учитывается размер модуля, его функциональная завершенность, связность компонентов и многое другое.
Планировка и размещение: На данной стадии производится размещение модулей, полученных после разбиения. При этом учитывается примерный размер модуля, его связь с другими модулями, площадь кристалла и другие факторы. Эта операция обычно выполняется с участием человека, так как она оказывает большое влияние на конечную топологию.
Трассировка: Задача данного этапа - провести соединения между элементами в соответствии с электрической схемой.
Сжатие: На этом этапе производится уменьшение площади топологии насколько это возможно. Это приводит к уменьшению длины проводников, а следовательно, минимизации задержек. Уменьшение площади также увеличивает количество кристаллов на одной пластине, что снижает себестоимость. Одновременно с уменьшением размеров производится контроль и выполнение всех ограничений, накладываемых технологическим процессом производства.
Экстракция и верификация: На данном этапе производится экстракция из топологии ее электрической схемы и сравнение с исходной. Так же контролируются технологические ограничения.
Так как процесс топологической миграции работает уже с готовой топологией, то в нем отсутствует ряд этапов из синтеза, но присутствуют и свои индивидуальные:
Масштабирование: Очень часто технологические правила целевой технологии не сильно отличаются от технологии, в которой был сделан кристалл. Поэтому базовым этапом для миграции является масштабирование топологии. Масштабирование может быть определено как одним коэффициентом для всей топологии , так и набором коэффициентов для различных ее элементов. (Например, ширина транзисторов может быть масштабирована с другим коэффициентом относительно всей топологии)
Сжатие: Данный этап аналогичен этапу в синтезе.
Разработка СБИС - это очень сложный, дорогостоящий и трудоемкий процесс. Существует много разных способов проектирования. Все их можно разбить на два типа: полностью заказной и полузаказной. Первый предполагает проектирование всего блока целиком и позволяет получить лучшие результаты, но является очень трудоемким. Второй - подразумевает наличие уже разработанных элементов, что позволяет снизить трудоемкость, но при этом страдает качество.
Проектирование на основе стандартных ячеек является одним из видов полузаказного проектирования. Основу данного метода составляет библиотека стандартных ячеек (500-1000 ячеек). Каждая ячейка представляет собой блок прямоугольной формы с фиксированной высотой. Функциональность и электрические характеристики каждой ячейки уже определены и протестированы. Ячейки размещаются в ряды, а трассировка проводится между рядами (в каналах) или над ячейками. Так как ячейка может быть использована на кристалле многократно, требования к качеству ее проектирования наиболее высоки.
Поскольку фабрики усложняют процессы изготовления кристаллов, внося все более сложные технологические правила, а библиотеки становятся все более гибкими и увеличиваются в размерах, то и соответственно цена разработки соответствующей библиотеки с нуля становиться чрезмерно высокой. Для того чтобы не разрабатывать заново библиотеку для новых топологических правил используются автоматизированные технологии модификации топологии на новые технологические процессы. Причем в процессе переноса библиотеки, необходимо , чтобы САПР сохранял первоначальную структуру топологии С.Я., для того чтобы безболезненно продолжать его поддерживать. Поэтому актуальность САПР занимающиеся миграцией топологии очень актуальна.
Только в последнее время появилась потребность в создании такого вида САПР. Это связано с тем, что проектные нормы каждые полгода уменьшаются и чтобы продукция фабрики, производящая электронные компоненты, оставалась конкурентно способной, она должна под проектные нормы выпускать свои библиотеки стандартных ячеек. Поэтому процесс выпуска библиотек стандартных ячеек стараются максимально автоматизировать, так как потеря времени – это потеря денег.
Так же стоит отметить, что зачастую разработка библиотеки С.Я. идет параллельно с разработкой технологического процесса. Поэтому очень часто уже готовые библиотечные элементы приходиться доводить в новую версию технологического процесса.
|
