基于Logical Effort理論的全新IC設計方法

全新的IC設計方法

在進行IC設計過程中，最重要的就是怎樣快速從RTL得到GDSⅡ。利用Logical Effort理論，我們將建立新的IC設計方法。

首先對綜合庫進行分析。庫可以是.lib、LEF、GDSⅡ等。庫中每個功能的cell會有不同的尺寸表示不同的驅動能力。我們將為這一族cell建立一個抽象cell，叫做supercell。這個supercell有固定的本征延遲和可變的大小。在對庫進行分析時，我們會給supercell的延遲再加上一個可變延遲。可變延遲依賴門的負載。通常庫分析得到的可變延遲是每個cell驅動它的完美負載得到的延遲，也叫做理想可變延遲。

supercell庫建好之后，利用這個庫和RTL代碼、設計限制等就可以進行綜合了。綜合的關鍵部分就是創建好的邏輯結構。任何設計都有許多種功能正確的電路結構。綜合算法的目標是發現最好的電路結構來滿足時序目標。時序優化過程就是使每個可變延遲盡可能靠近它的理想可變延遲。

例如一個非常簡單的庫，僅僅由五個基本邏輯門組成：反向器、兩輸入的AND、NAND、OR和NOR門。讓我們進一步假設反向器有8個版本，而其它的門有4個版本，不同的版本表示不同的尺寸，能提供不同的驅動能力。現在我們考慮一個簡單功能的RTL表示，例如w=!((!x+y)Z)。這個功能可以用不同的邏輯門拓撲結構來實現，如圖2所示的三種結構。

利用supercell代替庫中的門，gain-based的綜合只需要快速評估a、b、c三個結構，gain等于1的結構就能提供最好的時序解決方案，而傳統的方法對于電路a就有128種選擇。因此gain-based的綜合時間將大大減少，并且非常簡單，比傳統的綜合方法有更大的處理容量。

延遲計算就是利用上一節的gain-based的方法。基于supercell，時序優化設計完成之后，然后固定時序，使得接下來的布局布線與邏輯綜合操作在同一平面內。

綜合之后，設計進入到size-driven布局、load-driven布線階段。這個時候是supercell真正表演的時候。首先利用supercell來布局，同時確保指定的時序保持常數。必要的時候插入buffer，并且時鐘、電源布線開始。線的負載是基于網的全局布線結構來決定。基于每個supercell看到的實際負載，動態調整supercell的大小來滿足時序預算。supercell的大小調整好之后，就把supercell用庫中有適當驅動能力的cell來代替。這里關鍵的一點就是最小可能大小的門被選取來滿足時序預算。結果芯片不再臃腫。因而會減少空間競爭，減少功耗和信號完整性問題。

最后利用詳細的布線工具來調整線寬和線的間距，以保持原始的時序預算，并且確保信號完整。當然，在整個物理綜合過程中，我們也會利用DRC、ERC、LVS等工具來驗證各個階段的版圖，也會利用參數提取工具在各個階段來提取參數，為supercell的大小調整以及supercell的gain調整提供信息。

利用supercell技術，從RTL到GDSⅡ的實現的幾個主要步驟見圖3。

這就是基于Logical Effort理論的新設計方法，特別適合于設計快速的CMOS電路。在這里我們只簡單描述了它的設計思想。由于只是初步研究，肯定會有很多錯誤和問題，歡迎大家指出并討論。