面向模拟和数模混合集成电路的自动布线方法研究

论文摘要

随着集成电路技术的飞速发展,芯片中模拟电路和数模混合电路的比例越来越高,但传统的模拟电路版图自动设计系统大多从面向数字电路的系统中演变而来,没有充分考虑模拟电路的各种性能特征,无法满足模拟电路设计的需要。在这种背景下,本文提出了若干面向模拟和数模混合电路的自动布线方法,以解决版图自动化设计这一大课题下的自动布线问题。本文从“性能”和“效率”两个方面介绍了两个完整的模拟电路自动布线器,并阐述了若干面向模拟电路性能的算法。本文研究内容包括:1.提出了一种基于线网分类的自动布线方法,并设计和实现了一个完整的布线系统。该方法有针对性地解决了模拟电路重要的对称和匹配约束,把这种约束转化为分类信息,并用不同的布线算法处理具有不同特性的线网。在实际电路测试中,线网的对称和匹配约束可以得到满足,且电路总体布通率超过98%。2.针对模拟电路的多线宽约束,提出了多步长迷宫算法。这一方法打破了传统迷宫算法单一步长的限制,允许路径扩展中使用不同的步长,既可以适应不同线宽和间距线网的布线需要,还有利于更加充分地利用资源。实验结果显示,这种算法的布通率基本在99%以上。3.提出了一种性能驱动的布线资源概率分配算法,实现对布线资源的规划和分配,以避免布线资源滥用。这种方法在资源分配的同时考虑了模拟电路的若干性能约束,不仅可以满足资源合理分配的需求,还能够满足对称和多线宽等电路性能约束。加入这种算法后,关键线网布通率普遍提升10-20%,总布通率提升5%以上。4.为了改善布线系统的效率,提出了一种面向数模混合电路的并行布线方法,并设计实现了一个并行布线系统。该系统在任务划分阶段考虑了负载均衡因素,并将串行和并行模块有机结合,充分利用了多核体系结构的特点来提升CPU执行效率。在双核环境中,这一布线系统在保证线长平均增长10%,布通率不受影响的前提下,加速比一般在1.5以上。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 集成电路的发展历程和趋势
• 1.1.1 集成电路特征尺寸的减小
• 1.1.2 集成电路功能的多样化
• 1.1.3 片上系统和系统级封装的发展
• 1.2 数模混合集成电路的设计流程
• 1.3 模拟电路版图自动生成系统简介
• 1.3.1 专用版图生成系统
• 1.3.2 预定义布图语言的版图生成系统
• 1.3.3 规则驱动的版图生成系统
• 1.3.4 约束驱动的版图生成系统
• 1.3.5 性能驱动的版图生成系统
• 1.4 模拟电路自动布线系统的研究意义
• 1.4.1 自动布线系统在版图生成系统中的重要地位
• 1.4.2 研究面向模拟和数模混合电路的自动布线系统的意义
• 1.5 本文的创新点和章节
• 第2章 模拟集成电路自动布线方法的研究基础
• 2.1 模拟集成电路的性能要求
• 2.1.1 信号对称性
• 2.1.2 线网宽度多样化
• 2.1.3 低阻抗/容抗线网
• 2.1.4 信号完整性
• 2.1.5 天线效应
• 2.2 模拟电路自动布线问题的优化模型
• 2.2.1 优化目标
• 2.2.2 约束条件
• 2.3 经典的区域布线模型和算法综述
• 2.3.1 基本区域布线模型
• 2.3.2 经典的区域布线算法
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于线网分类的模拟电路自动布线系统
• 3.1 本章概述
• 3.2 基本概念定义
• 3.3 层次式数据结构
• 3.4 布线算法流程
• 3.5 布线资源分配策略
• 3.6 基于线网分类的布线策略
• 3.6.1 关键线网布线策略
• 3.6.2 普通线网布线策略
• 3.7 实验结果
• 3.8 本章小结
• 第4章 面向多线宽约束的详细布线算法
• 4.1 本章概述
• 4.2 网格重构算法简介
• 4.2.1 基本概念
• 4.2.2 算法描述
• 4.2.3 算法特点
• 4.3 多步长迷宫算法
• 4.3.1 基本概念
• 4.3.2 标准化过程
• 4.3.3 路径搜索算法
• 4.3.4 算法的时间复杂性
• 4.4 实验结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 性能驱动的布线资源概率分配方法
• 5.1 本章概述
• 5.2 影响模拟电路布线资源的因素
• 5.3 性能驱动的拥挤度估计策略
• 5.3.1 拥挤度代价函数
• 5.3.2 拥挤度估计的概率模型
• 5.4 算法描述
• 5.4.1 资源分配的约束条件
• 5.4.2 算法流程
• 5.5 实验结果
• 5.6 本章小结
• 第6章 面向数模混合电路的并行布线方法
• 6.1 本章概述
• 6.2 并行技术的基本概念
• 6.2.1 并行计算平台
• 6.2.2 并行计算的性能评价
• 6.2.3 实现并行计算的处理器结构
• 6.3 并行布线问题的研究历史和现状
• 6.4 面向数模混合电路的并行布线算法
• 6.4.1 并行布线系统流程
• 6.4.2 考虑负载均衡的区域划分算法
• 6.4.3 任务调度策略
• 6.5 实验结果
• 6.6 本章小结
• 第7章 总结和展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 对进一步工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果