ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Автоматизация топологического проектирования БИС из "Основы теории и проектирования САПР " В настоящее время применяются следующие типы БИС покупные БИС памяти и микропроцессорные комплекты различных серий полузаказные БИС, топологию или схему соединений фрагментов которых проектируют разработчики вычислительной аппаратуры, производство обеспечивают предприятия электронной промышленности заказные БИС, полностью разрабатываемые на предприятиях электронной промышленности по заказам разработчиков вычислительной аппаратуры. Элементная база высокопроизводительных ЭВМ характеризуется широкой номенклатурой и функциональной сложностью БИС. В этих условиях роль полузаказных схем значительно возрастет, поэтому разработчик ЭВМ должен уметь проектировать топологию таких схем. [c.153] Основные понятия. Топология БИС — это совокупность контуров на плоскости, соответствующих определенным технологическим слоям БИС, причем каждый контур является замкнутой ломаной линией без самопересечений и описывается последовательностью угловых точек. Каждая точка контура задается координатами в декартовой системе относительно нижнего, левого угла кристалла. [c.153] На рис. 7.1 приведена принципиальная схема вентиля на МДП-транзисторах, его топология и набор масок для изготовления данной схемы. [c.154] Реальная БИС содержит более (10 ... Ю ) компонентов, количество угловых точек топологии БИС превышает (10 ...10 ). В этих условиях автоматизация проектирования топологии и фотошаблонов БИС просто необходима. Для обеспечения независимости подсистемы автоматизированного проектирования топологии от конкретного технологического оборудования целесообразно разрабатывать подсистемы автоматизированного проектирования фотошаблонов как отдельные технологические подсистемы САПР БИС. [c.154] Конструкторско-технологические ограничения, связанные с метрическими и топологическими параметрами БИС, разделяются на две группы. [c.155] Метрические ограничения включают размеры контактных площадок минимально допустимые расстояния между контурами одного слоя и между контурами совмещаемых слоев минимально допустимый размер контура размеры элементов кристалла ширину проводников и т.п. На рис. 7.2 приведено поперечное сечение МДП-транзистора и соответствующая топологическая схема с указанием размеров. [c.155] Топологические ограничения включают печатный способ проведения соединений запрещение пересечений в одном слое проводников, принадлежащих разным электрическим цепям число слоев металлизации заданную последовательность контактных площадок и т. п. Критерии оптимизации также могут быть топологическими (минимальное число пересечений, число связей и др.) или метрическими (минимальные площадь кристалла, суммарная длина соединений и т. п.). Синтез топологии целесообразно проводить сначала по топологическим критериям и ограничениям, используя упрощенные модели элементов, ячеек и соединений БИС, а затем разработать общий вид топологии на основе моделей, учитывающих метрические параметры БИС. [c.155] Многоячеечные БИС. Конструктивные решения многоячеечных БИС основаны на использовании набора типовых ячеек примерно одинаковой высоты Ъ (рис. 7.3). Ширина а ячеек 2 и расстояния между рядами ячеек, зависящие от загрузки соединениями меж-рядных каналов 3, могут быть разными. Типовые ячейки реализуют простейшие функциональные элементы (вентили, триггеры и т. п.) и составляют библиотеку функциональных ячеек для проектирования БИС. Для каждой функциональной ячейки тщательно отрабатываются компактные топологии, не изменяющиеся в процессе проектирования. Для каждого типа кристалла БИС принимается определенная схема расположения ячеек на коммутационном поле, унифицируются положения внешних контактных площадок 1, заранее проводятся шины питания и заземления и другие вспомогательные элементы. Для типовых ячеек характерно единообразное расположение выводов только с двух противоположных сторон ячейки, параллельных соединительным каналам БИС. Для реализации соединений обычно используются два слоя — металлизации и диффузии или два слоя металлизации. [c.156] При проектировании многоячеечной топологии БИС основными задачами являются размещение типовых ячеек на поле кристалла, определение трасс соединений между ячейками. Автоматизированное проектирование многоячеечной БИС предполагает полную (100%-ную) трассировку всех соединений, это можно обеспечить изменением ширины каналов и ограничением числа ячеек в БИС. Основным критерием при решении задач синтеза топологии многоячеечной БИС является минимум площади кристалла при выполнении заданных конструкторско-технологических ограничений. Этот критерий в конечном итоге сводится к минимуму площади, занимаемой соединениями между ячейками БИС. [c.156] Отмеченные особенности предполагают разработку специфических алгоритмов размещения и трассировки при синтезе топологии многоячеечных БИС линейного размещения элементов канальной трассировки сжатия рисунка топологии для минимизации площади кристалла. [c.157] Плотностью соединений t x) в некотором вертикальном сечении X канала называется число горизонтальных отрезков, пересекающих данное сечение. Для примера рис. 7.5 i(A i)—3. [c.158] При распределении горизонтальных отрезков цепей необходимо следить за тем, чтобы вертикальные отрезки разных цепей, имеющие одинаковую координату по оси х, не перекрывались друг с другом. Это приводит к тому, что на расположение горизонтальных отрезков цепей существуют определенные вертикальные ограничения. Например, вертикальный отрезок цепи Vi (на рис. 7.5 он показан в виде двух отрезков у/ и и/ ) должен быть расположен выше вертикального отрезка цепи из. Указанные ограничения задаются с помощью ориентированного графа Gb(V, U), вершинам которого соответствуют горизонтальные отрезки цепей Vi, а наличие дуги Ua= (о,, v,-) означает, что отрезок цепи Vi должен быть расположен выше отрезка цепи Vj. Граф вертикальных ограничений для примера на рис. 7.5 показан на рис. 7.6, а. Контуры в графе вертикальных ограничений приводят к невозможности реализации соединений V. Ликвидировать контуры можно изменением размещения ячеек или разделением горизонтальных отрезков цепей на несколько частей. Ликвидация контура Vi, 03, V2 (рис. 7.6) достигается разделением отрезка v на отрезки и/ и V . В результате получим преобразованный бесконтурный граф вертикальных ограничений (рис. 7.6,6). [c.158] Н шах ( п,ах тах) где imax тах (д )—максимальная плотность соединений в канале. Минимизация площади, занимаемой соединениями канала, сводится к минимизации ширины канала и определяется плотностью соединений и структурой вертикальных ограничений. [c.158] Необходимо выбрать такое размещение р, при котором целевые функции (7.1) или (7.2) будут минимальны. Оптимизация размещения выполняется в два этапа построение начального размещения и улучшение начального размещения. При выполнении первого этапа используются последовательные алгоритмы размещения [1]. [c.159] Алгоритм максиминимального выбора наиболее прост. Первой в ряду помещается ячейка вх Е, для которой число цепей, соединяющих ее с другими ячейками, максимально. Положение вх по оси X не фиксируется. На каждом из п—1) шагов алгоритма имеются множества размещенных ячеек йц, неразмещенных ячеек занятых позиций незанятых позиций 5 = . для размещения ячейки (см. рис. [c.159] Для улучшения начального размещения ячеек используются итерационные алгоритмы, на каждой итерации которых оптимизация размещения осуществляется путем перестановки групп ячеек в линейке. Наиболее широкое распространение получил метод парных перестановок [1]. [c.160] Один из важных критериев задачи линейного размещения типовых ячеек —равномерное распределение плотности соединений по длине каналов. [c.160] Алгоритмы канальной трассировки. После размещения типовых ячеек в линейки известны начальные координаты контактов ячеек. Необходимый резерв вертикальных магистралей размещается справа от ряда ячеек (см. рис. 7.4, а). Задача трассировки состоит в проведении соединений между ячейками каждой линейки с использованием межрядных каналов. Требование 100%-ного проведения всех соединений при проектировании топологии многоячеечных БИС приводит к поэтапному и итеративному решению общей задачи трассировки. Этапы улучшения размещения ячеек и окончательной трассировки выполняются итеративно до проведения трасс всех соединений. [c.161] Задача построения минимального связывающего дерева в ортогональной метрике решается обычно с помощью волнового алгоритма (шаг распространения волны равен расстоянию между дву.мя соседними каналами) для нахождения контакта, ближайшего к группе связанных контактов. [c.162] Вернуться к основной статье