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CN111475994B - 芯片设计中填补环的自动布局方法 - Google Patents

芯片设计中填补环的自动布局方法 Download PDF

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CN111475994B CN202010236834.8A CN202010236834A CN111475994B CN 111475994 B CN111475994 B CN 111475994B CN 202010236834 A CN202010236834 A CN 202010236834A CN 111475994 B CN111475994 B CN 111475994B
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Abstract

本发明公开了一种芯片设计中填补环的自动布局方法，包括：根据选定工艺库的信息和封装约束信息，确定芯片的信号引线模块的种类和数量，并结合设计总功耗数据确定电源引线模块的种类和对应每组电源引线模块种类的基本需求数量；基于信号引线模块和电源引线模块的种类、数量和封装约束信息，得到四条边界各自的待布局引线模块的分组；对每条边界执行第一自动布局，插入一个边界模块后，依次轮询调用第二子程序和第三子程序，分别用于插入信号引线模块，第一电源引线模块组和/或第二电源引线模块组；根据该边界执行第一自动布局后的剩余间隙的尺寸执行随机自动布局。

Description

芯片设计中填补环的自动布局方法
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，尤其涉及一种芯片设计中填补环的自动布局方法。
背景技术
芯片设计中，布局是决定内核单元、宏模块等电路部件位于版图平面的位置的设计步骤。通过在版图上给单元、宏模块等分配物理位置，使得单元、宏模块等部件互不重叠。该分配需要根据用户给出的特定约束来对代价函数进行优化。布局之后,单元和引脚的确切位置己经确定,所需的互联也已经确定。通常讨论的布局，都集中在芯片内核的布局。
然而，对于芯片设计来说，还有一个很关键的布局步骤是对填补环(PAD ring)进行布局。填补环包括的模块通常分为边界模块(Corner Cell)、填充模块(filler cell)和焊盘模块(PAD cell)，PAD cell中又可以细分为包括信号引线模块(Signal PAD)、电源引线模块(PG PAD),其中信号引线模块(Signal PAD)它们参与或决定了芯片的信号输入输出、电压转换能力、驱动电流能力和静电泄放能力等等。
然而目前业内常用的填补环(PAD ring)的自动布局方法是在满足约束条件下的完全随机布局，例如按照模块名称顺序排列的布局。这导致了自动布局根本无法满足芯片设计者的使用需求，较为有经验的芯片设计者往往抛弃自动布局而采用手工布局的方式，以使填补环(PAD ring)的布局满足设计要求。但这给芯片设计者带来了庞大的工作量。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种芯片设计中填补环的自动布局方法。
有鉴于此，本发明实施例提供了一种芯片设计中填补环的自动布局方法，所述方法包括：
获取芯片的设计总功耗数据、面积约束信息、封装约束信息、内核的位置信息和芯片设计选定工艺库的信息；所述内核的位置信息包括内核的边界位置坐标；
根据所述面积约束信息和内核的边界位置坐标，确定所述芯片的填补环的位置信息；所述填补环具有四条边界；所述填补环的位置信息包括：所述填补环的每条边界的位置坐标和宽度信息；
根据所述选定工艺库的信息和封装约束信息，确定所述芯片的信号引线模块Signal PAD的种类和数量；
结合所述设计总功耗数据与所述信号引线模块Signal PAD的种类和数量确定电源引线模块的种类和对应每组电源引线模块种类的基本需求数量；所述电源引线模块种类包括第一电源引线模块组和第二电源引线模块组；所述第一电源引线模块组包括第一电平引线模块Vss PAD和第二电平引线模块Vdd Pad；所述第二电源引线模块组包括第一电平输入输出引线模块Vss IO PAD和第二电平输入输出引线模块Vdd IO Pad；
基于所述Signal PAD的种类和数量、所述电源引线模块的种类和对应每组电源引线模块种类的基本需求数量和所述封装约束信息，将所述Signal PAD、第一电源引线模块组和第二电源引线模块组分为四组待布局引线模块；所述四组待布局引线模块与所述四条边界具有一一对应关系；
对每条边界执行第一自动布局；所述第一自动布局包括：根据所述填补环的边界位置坐标选定该边界顶点，并确定选定的所述边界顶点的位置坐标为该边界的布局起始点坐标；调用第一子程序，以所述起始点坐标作为起点，由所述工艺库调用并插入一个边界模块Corner Cell，记录所述边界模块的终止位置坐标；根据边界模块的终止位置坐标以及该边界对应的待布局引线模块，依次轮询调用第二子程序和第三子程序，从而依次由所述工艺库调用并插入所需的Signal PAD、第一电源引线模块组和/或第二电源引线模块组，并记录每次插入后的终止位置坐标；其中所述第二子程序用于插入Signal PAD，所述第三子程序用于插入第一电源引线模块组和/或第二电源引线模块组；
根据最后一次插入后的终止位置坐标、相邻一条边界的边界顶点和边界模块的模块尺寸，计算每条边界执行所述第一自动布局后的剩余间隙的尺寸，并根据所述剩余间隙的尺寸执行随机自动布局；
所述随机自动布局具体包括：
随机调用第三子程序或第四子程序；
通过所述第三子程序调用并在所述剩余间隙内随机插入第一电源引线模块组和/或第二电源引线模块组；以及
通过所述第四子程序调用并在所述剩余间隙内随机插入填充模块filler cell。
优选的，在所述随机自动布局后，所述第一自动布局后的剩余间隙由所述随机插入的第一电源引线模块组和/或第二电源引线模块组和/或填充模块填满。
优选的，根据所述选定工艺库的信息和封装约束信息，确定所述芯片的信号引线模块Signal PAD的种类和数量具体为：
根据所述封装约束信息从所述选定工艺库中提取所需的信号引线模块SignalPAD的种类，并确定对应每种信号引线模块Signal PAD的数量；不同种类信号引线模块Signal PAD具有各自的横向尺寸。
优选的，所述结合所述设计总功耗数据与所述信号引线模块Signal PAD的种类和数量确定电源引线模块的种类和对应每组电源引线模块种类的基本需求数量具体为：
计算所述信号引线模块Signal PAD输出的信号同时翻转时的最大能耗，并根据所述最大能耗确定所需第一电平输入输出引线模块Vss IO PAD和第二电平输入输出引线模块Vdd IO Pad的最小布局数量；
根据设计总功耗数据中芯片的核内典型功耗消耗值计算第一电平引线模块VssPAD和第二电平引线模块Vdd Pad的最小布局数量。
优选的，所述基于所述Signal PAD的种类和数量、所述电源引线模块的种类和对应每组电源引线模块种类的基本需求数量和所述封装约束信息，将所述Signal PAD、第一电源引线模块组和第二电源引线模块组分为四组待布局引线模块具体包括：
根据封装约束信息确定Signal PAD的放置规则参数，所述放置规则参数包括Signal PAD到具有最大电压泄放能力的第一电平引线模块Vss PAD之间的最大间距；
根据所述最大间距、所述Signal PAD的放置规则参数，对每个所述Signal PAD、所述第一电源引线模块组和第二电源引线模块组按照平均分布原则，分配到一组待布局引线模块中，并确定在组中的排序位置信息。
优选的，当所述剩余间隙的尺寸小于0时，所述方法还包括：输出布局错误告警提示信息。
本发明提供了一种芯片设计中填补环的自动布局方法，以设计总功耗数据、面积约束信息、封装约束信息、内核的位置信息和芯片设计选定工艺库的信息为基础，对填补环进行位置定位，确定填补环内排布信号引线模块Signal PAD种类和需求数量，以及电源引线模块的种类和对应每组电源引线模块种类的基本需求数量，并对填补环的每条边界执行第一自动布局，用以自动插入边界模块Corner Cell、Signal PAD和电源引线模块，并在随后进行随机自动布局，在剩余间隙内随机插入电源引线模块和/或填充模块。
附图说明
下面通过附图和实施例，对本发明实施例的技术方案做进一步详细描述。
图1为本发明实施例提供的芯片设计中填补环的自动布局方法流程图；
图2为本发明实施例提供的自动布局方法进行填补环布局的过程示意图之一；
图3为本发明实施例提供的自动布局方法进行填补环布局的过程示意图之二；
图4为本发明实施例提供的自动布局方法进行填补环布局的过程示意图之三。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种芯片设计中填补环的自动布局方法，以设计总功耗数据、面积约束信息、封装约束信息、内核的位置信息和芯片设计选定工艺库的信息为基础，对填补环进行位置定位，确定填补环内排布信号引线模块种类和需求数量，以及电源引线模块的种类和对应每组电源引线模块种类的基本需求数量，并对填补环的每条边界执行自动布局。
本发明实施例提供的自动布局方法，其主要执行步骤如图1所示的方法流程图所示。
步骤110，获取芯片的设计总功耗数据、面积约束信息、封装约束信息、内核的位置信息和芯片设计选定工艺库的信息；
具体的，芯片设计时，基于设计要求会有对芯片设计的总功耗、芯片面积约束、封装约束、所采用的工艺库等的信息，在获得芯片面积约束后，内核位置也是在芯片设计开始时就确定了的。内核的位置信息包括内核Core的边界位置坐标。芯片内核的单元可以通过综合产生的网表生成，内核主要用于实现芯片的逻辑功能。
步骤120，根据面积约束信息和内核的边界位置坐标，确定芯片的填补环的位置信息；
具体的，综合产生的网表通常只产生芯片内核的单元，不包含电源、地的Pad模块、边界模块Corner Cell等。在确定了芯片面积约束信息和内核的边界位置坐标后就可以根据芯片面积约束信息对应的芯片的边界与内核的边界确定填补环PAD ring的宽度，也同时确定其位置信息。
如图2所示，根据芯片面积约束信息确定芯片的边界长度为a，内核的边界长度为b，那么填补环PAD ring的宽度为(a-b)/2，长度与芯片的边界长度a相同。
填补环具有四条边界；填补环的位置信息包括：填补环的每条边界的位置坐标和宽度信息。
例如图2中，内核Core的左上角顶点坐标为(x,y),那么填补环PAD ring的左上角顶点坐标就是(x-(a-b)/2，y-(a-b)/2)。
芯片的填补环中包含了包含电源、地的Pad模块、边界模块Corner Cell等，具体的在本实施例中包括芯片的信号引线模块Signal PAD、电源引线模块、边界模块Corner Cell和填充模块filler cell。
步骤130，根据选定工艺库的信息和封装约束信息，确定芯片的信号引线模块Signal PAD的种类和数量；
具体的，芯片设计前工艺库就是选定的，根据具体流片所采用的工艺结合设计工具而定，每个工艺库中对于芯片的填补环中各个模块的尺寸、功能都有相应的规定。
填补环PAD ring中的各个模块根据IO端口完成的功能不同而不同，有些模块实现电平转换和驱动，有些模块为静电泄放(ESD)保护功能。因为在ESD应力下，会有大电流流过，容易引起栓锁效应，因此在具体的设计时必须考虑栓锁效应的影响。各模块的连线对电路的影响主要是连线的寄生参数对电路性能的影响。
封装约束信息是指封装时根据芯片的逻辑功能需要，要求有多少个何种功能的信号引线模块Signal PAD。因此根据封装约束信息可以从选定工艺库中提取所需的信号引线模块Signal PAD的种类，并确定对应每种信号引线模块Signal PAD的数量；不同种类信号引线模块Signal PAD具有各自的横向尺寸。
步骤140，结合设计总功耗数据与信号引线模块Signal PAD的种类和数量确定电源引线模块的种类和对应每组电源引线模块种类的基本需求数量；
具体的，电源引线模块种类包括第一电源引线模块组和第二电源引线模块组；第一电源引线模块组包括第一电平引线模块Vss PAD和第二电平引线模块Vdd Pad；第二电源引线模块组包括第一电平输入输出引线模块Vss IO PAD和第二电平输入输出引线模块VddIO Pad；
第一电源引线模块组用于对内核内部模块的供电，也就是core ground，第二电源引线模块组用于信号引线模块Signal PAD的驱动供电，也就是pad ground，以及电压泄放保护等。
通过计算信号引线模块Signal PAD输出的信号同时翻转时的最大能耗，并根据最大能耗确定所需第一电平输入输出引线模块Vss IO PAD和第二电平输入输出引线模块VddIO Pad的最小布局数量；
根据设计总功耗数据中芯片的核内典型功耗消耗值计算第一电平引线模块VssPAD和第二电平引线模块Vdd Pad的最小布局数量。
步骤150，基于Signal PAD的种类和数量、电源引线模块的种类和对应每组电源引线模块种类的基本需求数量和封装约束信息，将Signal PAD、第一电源引线模块组和第二电源引线模块组分为四组待布局引线模块；
具体的，封装约束信息还规定了某些特定的信号管脚需要从芯片的哪个边引出，因此根据这个封装约束信息进行Signal PAD的排布，对于没有特定要求的，按照尽量平均分布的原则进行Signal PAD在四条边界的排布。
填补环中信号引线模块Signal PAD的排布按照封装约束信息还有一个规则，就是规定了Signal PAD到用于ESD泄放的电源引线模块之间的最大间距。也就是可以根据封装约束信息确定Signal PAD的放置规则参数，放置规则参数包括Signal PAD到具有最大电压泄放能力的第一电平引线模块Vss PAD之间的最大间距。
根据所述最大间距、Signal PAD的放置规则参数，对每个Signal PAD、第一电源引线模块组和第二电源引线模块组按照平均分布原则，分配到一组待布局引线模块中，并确定在组中的排序位置信息。由此可以用来实现Signal PAD、第一电源引线模块组和第二电源引线模块组的自动排布。
四组待布局引线模块与四条边界具有一一对应关系。
步骤160，对每条边界执行第一自动布局；
第一自动布局包括：
步骤161，根据填补环的边界位置坐标选定该边界顶点，并确定选定的边界顶点的位置坐标为该边界的布局起始点坐标；
步骤162，调用第一子程序，以起始点坐标作为起点，由工艺库调用并插入一个边界模块Corner Cell，记录边界模块的终止位置坐标。
边界模块Corner Cell是用于填补水平和垂直边界交接处单元之间的空白的模块。
步骤163，根据边界模块的终止位置坐标以及该边界对应的待布局引线模块，依次轮询调用第二子程序和第三子程序，从而依次由工艺库调用并插入所需的Signal PAD、第一电源引线模块组和/或第二电源引线模块组，并记录每次插入后的终止位置坐标；
其中，第二子程序用于插入Signal PAD，第三子程序用于插入第一电源引线模块组和/或第二电源引线模块组。
根据前面所说的约束信息，可以在满足各约束的条件下，一次调用一个或多个Signal PAD，再一次性调用一组或多组第一电源引线模块组和/或第二电源引线模块组，只要满足Signal PAD在符合约束条件范围内有第一电源引线模块组和第二电源引线模块组。
按照上述方法完成一条边界的布局后，在一个具体例子中，其模块布局如图3所示。各边界的执行均可按照上述流程进行，可以同步或分布进行。
在个别情况下，可能会发生设计约束条件与芯片尺寸规定及芯片实际逻辑和驱动能力需求不匹配的情况，此时会发生剩余间隙的尺寸小于0的情况，在此情况下，会输出布局错误告警提示信息，用以提示芯片设计人员需要重新返回到网表设计，不再执行填补环的自动布局。
步骤170，根据最后一次插入后的终止位置坐标、相邻一条边界的边界顶点和边界模块的模块尺寸，计算每条边界执行第一自动布局后的剩余间隙的尺寸，并根据剩余间隙的尺寸执行随机自动布局；
其中，随机自动布局具体包括：
步骤171，随机调用第三子程序或第四子程序；
步骤172，当调用第三子程序时，通过第三子程序调用并在剩余间隙内随机插入第一电源引线模块组和/或第二电源引线模块组；
步骤173，当调用第四子程序时，通过第四子程序调用并在剩余间隙内随机插入填充模块filler cell。
在图3所示的示意图中，剩余间隙如图中标注d的区域所示。在此区域执行随机自动布局，用以将该区域填充满。
填充模块filler cell是指选定工艺库的单元库中与逻辑无关的填充物，可以分为输入输出填充模块IO filler以及普通的标准单元填充模块standard cell filler。
在填补环的填充所用的是IO filler，也叫pad filler，通常用来填充PAD ring的空隙。
在本例中，一条边界自动布局完成后的其模块布局如图4所示。
第一自动布局后的剩余间隙在执行本步骤地随机自动布局后，由随机插入的第一电源引线模块组、第二电源引线模块组及填充模块填满。当然也不同设计下，随机插入的模块可以是不同的，比如在剩余间隙较小的情况下，可以仅插入填充模块。
对各个边界均执行随即自动布局后，填补环的自动布局即完成。
本发明实施例提供的芯片设计中填补环的自动布局方法，以设计总功耗数据、面积约束信息、封装约束信息、内核的位置信息和芯片设计选定工艺库的信息为基础，对填补环进行位置定位，确定填补环内排布信号引线模块Signal PAD种类和需求数量，以及电源引线模块的种类和对应每组电源引线模块种类的基本需求数量，并对填补环的每条边界执行第一自动布局，用以自动插入边界模块Corner Cell、Signal PAD和电源引线模块，并在随后进行随机自动布局，在剩余间隙内随机插入电源引线模块和/或填充模块。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种芯片设计中填补环的自动布局方法，其特征在于，所述方法包括：
获取芯片的设计总功耗数据、面积约束信息、封装约束信息、内核的位置信息和芯片设计选定工艺库的信息；所述内核的位置信息包括内核的边界位置坐标；
根据所述面积约束信息和内核的边界位置坐标，确定所述芯片的填补环PAD ring的位置信息；所述填补环具有四条边界；所述填补环的位置信息包括：所述填补环的每条边界的位置坐标和宽度信息；
根据所述选定工艺库的信息和封装约束信息，确定所述芯片的信号引线模块SignalPAD的种类和数量；
结合所述设计总功耗数据与所述信号引线模块Signal PAD的种类和数量确定电源引线模块的种类和对应每组电源引线模块种类的基本需求数量；所述电源引线模块种类包括第一电源引线模块组和第二电源引线模块组；所述第一电源引线模块组包括第一电平引线模块Vss PAD和第二电平引线模块Vdd Pad；所述第二电源引线模块组包括第一电平输入输出引线模块Vss IO PAD和第二电平输入输出引线模块Vdd IO Pad；
基于所述Signal PAD的种类和数量、所述电源引线模块的种类和对应每组电源引线模块种类的基本需求数量和所述封装约束信息，将所述Signal PAD、第一电源引线模块组和第二电源引线模块组分为四组待布局引线模块；所述四组待布局引线模块与所述四条边界具有一一对应关系；
对每条边界执行第一自动布局；所述第一自动布局包括：根据所述填补环的边界位置坐标选定该边界的边界顶点，并确定选定的所述边界顶点的位置坐标为该边界的布局起始点坐标；调用第一子程序，以所述起始点坐标作为起点，由所述工艺库调用并插入一个边界模块Corner Cell，记录所述边界模块的终止位置坐标；根据边界模块的终止位置坐标以及该边界对应的待布局引线模块，依次轮询调用第二子程序和第三子程序，从而依次由所述工艺库调用并插入所需的Signal PAD、第一电源引线模块组和/或第二电源引线模块组，并记录每次插入后的终止位置坐标；其中所述第二子程序用于插入Signal PAD，所述第三子程序用于插入第一电源引线模块组和/或第二电源引线模块组；
根据最后一次插入后的终止位置坐标、相邻一条边界的边界顶点和边界模块的模块尺寸，计算每条边界执行所述第一自动布局后的剩余间隙的尺寸，并根据所述剩余间隙的尺寸执行随机自动布局；
所述随机自动布局具体包括：
随机调用第三子程序和第四子程序；
通过所述第三子程序调用并在所述剩余间隙内随机插入第一电源引线模块组和/或第二电源引线模块组；以及
通过所述第四子程序调用并在所述剩余间隙内随机插入填充模块filler cell。
2.根据权利要求1所述的填补环的自动布局方法，其特征在于，在所述随机自动布局后，所述第一自动布局后的剩余间隙由所述随机插入的第一电源引线模块组和/或第二电源引线模块组和/或填充模块填满。
3.根据权利要求1所述的填补环的自动布局方法，其特征在于，根据所述选定工艺库的信息和封装约束信息，确定所述芯片的信号引线模块Signal PAD的种类和数量具体为：
根据所述封装约束信息从所述选定工艺库中提取所需的信号引线模块Signal PAD的种类，并确定对应每种信号引线模块Signal PAD的数量；不同种类信号引线模块SignalPAD具有各自的横向尺寸。
4.根据权利要求1所述的填补环的自动布局方法，其特征在于，所述结合所述设计总功耗数据与所述信号引线模块Signal PAD的种类和数量确定电源引线模块的种类和对应每组电源引线模块种类的基本需求数量具体为：
计算所述信号引线模块Signal PAD输出的信号同时翻转时的最大能耗，并根据所述最大能耗确定所需第一电平输入输出引线模块Vss IO PAD和第二电平输入输出引线模块VddIO Pad的最小布局数量；
根据设计总功耗数据中芯片的核内典型功耗消耗值计算第一电平引线模块Vss PAD和第二电平引线模块Vdd Pad的最小布局数量。
5.根据权利要求1所述的填补环的自动布局方法，其特征在于，所述基于所述SignalPAD的种类和数量、所述电源引线模块的种类和对应每组电源引线模块种类的基本需求数量和所述封装约束信息，将所述Signal PAD、第一电源引线模块组和第二电源引线模块组分为四组待布局引线模块具体包括：
根据封装约束信息确定Signal PAD的放置规则参数，所述放置规则参数包括SignalPAD到具有最大电压泄放能力的第一电平引线模块Vss PAD之间的最大间距；
根据所述最大间距、所述Signal PAD的放置规则参数，对每个所述Signal PAD、所述第一电源引线模块组和第二电源引线模块组按照平均分布原则，分配到一组待布局引线模块中，并确定在组中的排序位置信息。
6.根据权利要求1所述的填补环的自动布局方法，其特征在于，当所述剩余间隙的尺寸小于0时，所述方法还包括：输出布局错误告警提示信息。
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