基于7 nm NPU预布局的布图优化设计.pdf
《基于7 nm NPU预布局的布图优化设计.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于7 nm NPU预布局的布图优化设计.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、基于7 nm NPU预布局的布图优化设计陈力颖1,2,高祥1,2,李勇3,徐微1,2(1.天津工业大学 电子与信息工程学院,天津300387;2.天津工业大学 天津市光电检测技术与系统重点实验室,天津300387;3.台州国晶智芯科技有限公司,浙江 台州318014)摘要:为了解决7 nm布图设计中直通寄存器在自动布局时不能均匀分布且高宽比相差较大、纵向绕线较多的问题,提出在布图阶段提前布局直通寄存器,并将宏单元放置在模块上下两端以避开直通寄存器密集位置的优化方法;并针对7 nm工艺对宏单元位置的约束,通过工具命令语言(TCL)脚本修复宏单元在布图阶段引起的违例。结果表明:相较于摆放在四周的布
2、图规划,优化后的布图规划中建立时间最差负违例(WNS)减少0.131 ns,负违例总和(TNS)下降约80%,纵向拥塞从9.23%降至0.98%,功耗下降约500 mW;优化布图后执行TCL脚本,宏单元引起的违例下降了288条,相较人工修复节约了90%以上的时间。关键词:直通寄存器;宏单元;布图规划;拥塞;7 nm中图分类号:TN47文献标志码:A文章编号:员远苑员原园圆源载(圆园23)园5原园园75原06收稿日期:2022-01-26基金项目:天津市科技计划资助项目(18ZXCLGX0090);天津市自然科学基金资助项目(18JCYBJC85400)通信作者:陈力颖(1976),男,博士,副
3、教授,主要研究方向为射频集成电路设计和数模混合集成电路设计。E-mail:Floorplan optimization design of pre-placement based on 7 nm NPUCHEN Liying1,2,GAO Xiang1,2,LI Yong3,XU Wei1,2(1.School of Electronics and Information Engineering,Tiangong University,Tianjin 300387,China;2.Tianjin KeyLaboratory of Optoelectronic Detection Technol
4、ogy and System,Tiangong University,Tianjin 300387,China;3.TaizhouNational Crystal Technology Co.,Ltd.,Taizhou 318014,Zhejiang Province,China)Abstract:In order to solve the problems of uneven distribution of through registers in the automatic layout袁 large aspectratio difference and more longitudinal
5、 winding in the 7 nm floorplan design,an optimization method is proposedto lay out the through registers in advance during the floorplan stage and place marco cells at the upper and lowerends of module to avoid the dense locations of through registers.To address the constraints of the 7 nm process o
6、nthe position of macro cells,a tool command language渊TCL冤 script is used to fix violations caused by macro cellsduring the floorplan stage.The results show that compared to the floorplan placed around it袁 the optimizedfloorplan reduces the worst negative violation渊WNS冤 of the establishment time by 0
7、.131 ns袁 the total negativeviolation渊TNS冤byabout80%袁verticalcongestionfrom9.23%to0.98%,andpowerconsumptionbyabout500mW曰after optimizing the floorplan and executing the TCL script袁 the number of violations caused by macro celldecreased by 288袁 saving more than 90%of the time compared to manual repair
8、.Key words:feedthrough register曰 marco cells曰 floorplan曰 congestion曰 7 nm随着芯片制造工艺的不断进步,每块芯片上集成的晶体管数已经从几亿增加到几十亿,对于知识产权(IP)核和宏单元(macro cells)的使用也越来越多。对于先进工艺而言,特别是14 nm及以下的工艺,芯片物理设计人员要花费更多的时间来摆放宏单元,进行平面布图规划(floorplan)1-2。布图规划的好坏决定着后续设计工作能否顺利进行,在一定程度上决定了芯片性能优劣3。当工艺到达7 nm以后,线宽及线间距进一步缩小,受光刻分辨率的影响,需要采用双重图技
9、术并对宏单元摆放的位置和距离做出更多限制才能达到光刻精度4-5,这不仅加大了芯片的成本,而且增加了设计的复杂度6。在采用先进工艺的芯片设计中,通常因为设计规模大,一般采用层次化的设计方法7。在层次化时,会DOI:10.3969/j.issn.1671-024x.2023.05.010第42卷第5期圆园23年10月Vol.42No.5October2023天津工业大学学报允韵哉砸晕粤蕴 韵云 栽陨粤晕GONG 哉晕陨灾耘砸杂陨栽再天津工业大学学报第42卷根据功能将原本正方形的芯片区域,切割为多个四边形甚至多边形,其中高宽比相差较大的四边形和多边形在进行布图规划时的难度较大。基于以上问题,本文以一
10、款采用TSMC N7工艺、高宽比接近3 颐 1的子模块布图设计为例,在布图阶段预布局直通(feedthrough)寄存器,避开直通寄存器密集的位置,将宏单元放置在模块上下两端来优化布图,并根据N7工艺对宏单元的约束编写TCL脚本,修复违例,以期为解决直通寄存器不能在自动布局时均匀分布的问题和高宽比相差较大、纵向绕线较多的7 nm布图设计提供参考。子模块中包含248个宏单元,3个静电保护单元及3个定位单元。规模约为3 550万门,面积为1 250 滋m 伊 3 532 滋m,采用最新布局布线工具Innovus。1布图规划流程芯片的物理设计流程可以分为展平式设计和层次化设计。其中,层次化设计是将整
11、个设计分割成多个模块,对每个模块进行展平化处理,每个模块单独进行布图规划、布局布线,经过时序优化达到时序收敛,最终将满足要求的数据提供给顶层进行组装8-11。在超大规模的集成电路设计中,层次化设计方法可以减小设计复杂性,将问题集中于个别模块进行重点解决,同时还能缩短设计周期,加快时序收敛12-13。与多数布图设计时的宏单元摆放规则相同14,层次化设计的布图规划流程是先将逻辑模块(module)细分,把与输入输出端口(I/O port)相关的宏单元摆在I/O port附近15,然后把处于同一个module下的宏单元尽可能摆放在一起并均匀地分布在布图区域四周,宏单元之间留下足够的通道进行绕线与缓冲
12、单元的插入16。布图规划完成后进行电源规划、布局、时钟树综合,通过内外部时序、早期布线拥塞和设计规则检查(design rulecheck,DRC)违例数量对布图规划进行评估,如果合理将继续进行后续步骤,若不合理将重新调整布图17-18。2传统四周摆放布图方法采用布图规划流程中将宏单元摆放在四周的布图方法,在Innovus中对module进行Ungroup操作,将宏单元所属的module进行细分后,摆入布图区域。在遇到I/O port时留出约100 滋m的间距,用于后续顶层拼接之后缓冲单元的插入,摆放完成的情况如图1所示。进行电源规划、布局以及时钟树综合,对各项性能指标进行评估,发现该布图存在
13、较多时序违例,时序难以收敛,布线拥塞严重,纵向溢出(overflow)为9%。由此表明,使用四周摆放的布图方法不合理。不合理的原因主要有2点:(1)子模块的高宽比相差较大,为“瘦高”类型模块,宏单元数量较多,纵向走线多,但纵向的绕线资源较少,在中部摆放的宏单元造成了大量的纵向拥塞,导致时序恶化。(2)为了避免输入到输出端口距离过长而插入直通寄存器进行打拍,如图1中a、b两组路径共插入了4级寄存器,每组一级有2 048个寄存器。但由于距离过长,工具在自动布局时不能使寄存器均匀分布,导图1四周摆放的布图结果Fig.1Results of placed around floorplanab76-第5
14、期致出现图2中的情况。图2中蓝色高亮部分为第3级直通寄存器,而第4级寄存器在输出端口附近,框内的第3级寄存器到第4级的距离超过了2 000 滋m,过长的数据路径导致时序违例较大。3预布局布图优化方法本文在布图阶段不再将宏单元均匀摆放在模块四周,并针对所遇到的问题提出以下方法:(1)在布图阶段预先布局直通寄存器,将第1、4级直通寄存器固定在I/O port附近,第2、3级寄存器均匀分布在输入输出端口之间,减少路径过长引起的时序违例;在摆放宏单元时避开直通寄存器集中的地方,避免直通寄存器引起的拥塞;摆放时使用以下约束条件进行摆放,设置利用率为10%的区域型约束(region),避免工具优化时将这些
15、寄存器位置挪动太多。具体命令为:createNetGroup group1-net feedthr_ous2mrg*createNetGroup group1-net feedthr_otn2mrg*placePipeline-region true-utilization 0.1-statusplaced(2)摆放宏单元时将宏单元采取上下分布的摆放方法,将模块中间的部分空出来,留出更多的纵向走线资源,同时也避开直通寄存器密集的位置,避免造成拥塞,最后在摆放时给输入输出端口附近留出60 100 滋m,以便在顶层优化时插入缓冲单元。图3为直通寄存器第二、三级预布局之后的情况与布图优化后宏单元摆放
16、结果,红色为a组端口之间的直通寄存器,蓝色为b组端口之间的寄存器。4布图约束检查的修复在7 nm工艺中,因为特征尺寸、互连线的缩小,对光刻制造工艺也产生了较大的挑战,所以晶圆厂商为了提高精度以及成品率,添加了许多新的设计规则检查19-20,在布图阶段进行的统一布图约束(unifiedfloorplan constraint,UFC)检查就是其中的一种。对于不同的宏单元到芯片边界有着不同的距离要求,即宏单元加上晕环(halo)到布图上下边界的距离满足2.4+0.48n(n为整数)或0.96+0.48n的约束,约束条件为:set_width_constraint-class useful_site
17、-width_type simple图2第3级直通寄存器分布Fig.2Distribution of the third level feedthrough register图3布图优化结果Fig.3Optimization results of floorplan陈力颖,等:基于7 nm NPU预布局的布图优化设计77-天津工业大学学报第42卷图4UFC检查违例Fig.4UFC check violation图5间距要求示意图Fig.5Schematic diagram of spacing requirements图6脚本修复UFC结果Fig.6Results of script to f
18、ix UFC(a)脚本运行前违例(b)脚本运行后违例图7脚本修复前后宏单元违例对比Fig.7Comparison of macro cells violations before and afterscript fix-direction vertical-offset 2.4-grid 0.48set_width_constraint-class useful_site-width_type incorner-direction vertical-offset 0.96-grid 0.48所以在宏单元摆放完成后还要进行UFC的检查,检查之后出现了296条UFC违例,如图4所示。若提前计算好距
19、离再去摆放宏单元和添加halo将是非常复杂繁琐的。根据规则的定义,关注宏单元切掉行(Row)之后,Row边缘到Row边缘的距离如图5中黄色所框选的部分,而不是另外2条halo到halo或宏单元到宏单元的距离。所以通过脚本调整halo的宽度,改变切割Row的范围,可以修复大部分UFC产生的违例。脚本计算主体如下:foreach mem$mems set fy dbGet top.FPlan.coreBox_uryset ury dbGet dbGet top.inst.name$mem-p.box_uryset lly dbGet dbGet top.inst.name$mem-p.box_ll
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于7 nm NPU预布局的布图优化设计 基于 NPU 布局 优化 设计
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。