模塊化电路设计原则.docVIP

設計規劃綜合方法可以對付複雜集體電路設計帶來的挑戰設計專欄, 電路板設計, IC設計上网時間：2001年02月23日 據美國半導體工業協會預測，未來几年中集體電路設計的複雜度將更高，每個晶片將包含數億個電晶體，現有的人工或半自動設計方法將難以對付複雜集體電路設計帶來的挑戰，本文介紹的基於模組規劃綜合的設計新方法可減少25%到30%的開發時間，而且可實現更為優化的設計。對(中國)集體電路設計工程師來說，掌握模組規劃綜合方法的新思路有助於開發更大規模的晶片。 Jacob Greidinger行政副總裁兼首席技術執行官Arito Technology公司 目前，對大規模集體電路設計的需求正在促使設計技術面臨新的變革。由於門級物理實現方法對高速或百萬閘集體電路設計來說已經達到了極限，因而人們正向基於模組的設計方法轉移。模組設計方法減少了逐漸變更設計對整個設計的影響，有助於建立每個模組的局部時域特性，從而讓時序收斂更易管理和預測，它使設計工程師能夠平行設計各自的模組，最後進行整合，從而發揮群體的作用。基於模組的設計方法將複雜的集體電路作為一個較小的或更易管理的模組來處理，但是，現在基於模組的設計工具有許多不足，從而限制了它的應用。 目前，設計規劃工具可提供大量的門級實現服務來完善邏輯綜合，這些工具使集體電路設計工程師能夠劃分門級網表和實現佈線後的優化並進行逐級綜合。但是在得到門級網表之前，IC設計工程師難以充分發揮設計規劃工具的作用，甚至即使在設計初期使用設計規劃工具，也要到設計後期才可能感受到設計規劃工具的好處。 因此，當進行純粹基於模組的設計時，現有的設計規劃工具的自動化程度很低，IC設計工程師仍然要對模組進行手工佈局、設置模組大小和確定模組的形狀，以便充分地利用現有的頂層佈線資源。另一方面，盡管大量反饋和分析工具可幫助設計工程師識別佈線擁擠和埠佈局不良等問題，但是自動化和快速程度都很低，這就需要繁瑣的手工設計。 實際上，基於模組的設計方法很難從結構參數到晶片設計完成的整個過程達到協調地配合。模組佈局、模組形狀優化和系統級佈線的物理複雜性使手工組合模組的晶片設計方法難以達到理想的效果。除非設計工程師在研發早期就把問題考慮周全，否則，現有的方法設計出來的晶片根本無法投片。 集體電路設計專家表示，在深次微米晶片開發過程中，物理設計的關鍵在於把模組組裝成一個可運作的系統並將時鐘及電源信號在晶片上做恰當的分配。隨著數百模組級設計的出現，複雜集體電路設計的成功將取決於新的方法。這就是本文將要介紹的“設計規劃綜合方法”，該新方法將在由物理和電氣設計約束下的含參環境中進行基於模組的設計(圖1)。 設計規劃綜合 在設計規劃綜合方法中，設計工程師要早在物理實現開始之前，就預測和控制晶片的性能、面積和功耗特性。它要求設計工程師具備結構部份的物理設計經驗，因為設計工具會自動地產生和傳送所需要的結構資訊。實際上，設計規劃綜合方法是一個雙向過程，它不但向結構工程師提供設計所需的物理資訊流，而且向物理設計工程師提供晶片結構資訊流。 利用這種方法，晶片結構工程師能快捷地創造出多個底層規劃，並成功地避免過早地鎖定在欠最佳設計方案上。因而結構設計就可保持彈性，直到設計組對時序、晶片大小、功耗等關鍵問題進行充分分析和評估之後，才最後決定結構。這種技術可使設計工程師對設計要求的可行性作出判斷，並確定達到這些設計要求所需的時間。 最重要的是設計規劃綜合方法使設計工程師跳出了傳統的“設計──測試──故障定位”設計模式，傳統模式在複雜的模組化設計過程中存在致命的缺陷。尤其重要的是，在開發初期提供的物理設計數據對那些缺少物理設計專門知識的設計工程師幫助很大，這些物理設計數據可讓工程師在設計初期就評估功率、時鐘分配、壓降和電子遷移特性等關鍵物理設計特性，因而，設計工程師可高效率地創建出藉由功耗、晶片大小和時序優化的正確和可選擇的多個設計規劃方案。 模組設計方法 設計規劃綜合方法應用於晶片設計過程初期的晶片結構設計階段。晶片結構工程師設計多個可供選擇的晶片結構圖以便確定最佳的設計規劃(圖2)。在結構設計的初期，設計的大多數細節還是未知數，但設計的可製造性約束條件是客觀存在的，這是因為模組的佈局、時序要求、晶片的大小範圍以及各種可能用到的製程早已確定。對大型開發項目來說，這樣就可能盡早地開始詳盡地分配某些金屬層用於互連或限定某些金屬層只用於模組設計。另外，在設計項目開始的時候，設計規劃綜合方法使設計工程師能夠獲得大量可再使用模組和IP模組的資訊。過去的類似設計通常就是新設計的開始。 在這個設計階段，設計工程師要規定時序、晶片面積和功耗的約束條件，並有效地滿足兩個設計原則：1. 影響底層規劃的生成和優化；2. 測量和給出時序報表、晶片面積和功