Диссертация (1090534), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Задача поиска групп топологий сводится кпроблеме перечисления максимальных клик графа.Каждая клика, полученная на предыдущем этапе описывает множествотопологий, которые не образуют топологий с нарушениями правилпроектирования при установке встык. Количество топологий в группе можетбыть большим и требовать слишком много памяти для хранения, чтобы бытьиспользованными на практике. В диссертационной работе используются методылогической минимизации функций для построения компакного описаниядополнительных правил проектирования на границах ячеек.Для заданного множества правил проектирования может существоватьнесколько возможных вариантов правил на границах стандартных ячеек.В диссертационной работе описывается процедура, позволяющая найтисубоптимальное множество правил, оказывающее наименьшее влияние наплощадь стандартых ячеек.
Множество исследуемых правил проектированияразделяется на группы, например, по слоям. Для каждой группы выполняетсяпроцедура вывода всех вариантов правил на границах. Выполняется трассировказаданной библиотеки стандартных ячеек с учетом каждого варианта правил награницах. Дополнительные правила, позволяющие оттрассировать наибольшеечисло ячеек в заданной площади используются для анализа следующей группы90исследуемых правил проектирования, остальные варианты удаляются израссмотрения.
Результатом работы данной процедуры является набор правилпроектирования на границах ячеек, оказывающих минимальное влияние наплощадь элементов библиотеки.В данной главе были рассмотрены различные аспекты реализациивычислительного комплекса автоматического вывода геометрическихограничений на границах структурных компонентов на примере задачиавтоматического синтеза топологий стандартных ячеек с использованиемформальных методов и декларативного программирования.
Полученныйвычислительный комплекс выполняет построение нескольких вариантовдополнительных ограничений и выполняет оценку качества каждого из них.Конечный субоптимальный вариант может быть выбран вручную или припомощи дополнительных экспериментов. Также генерируется отчет в виде HTMLстраницы, содержащий подробную информацию обо всех сгенерированныхвариантах дополнительных правил.91Глава 4. Применение метода автоматического вывода дополнительныхгеометрических ограниченийЧетвертая глава диссертационной работы посвящена экспериментальнымрезультатам и их обсуждению.
Для апробации предложенных моделей иалгоритмов было предложено выполнить автоматический вывод геометрическихограничений на границах структурных компонентов для технологии, описанной врамках проекта FreePDK15, предоставляющем описание 15 нм технологическогопроцесса. Для оценки качества полученных ограничений выполнялсяавтоматических синтез стандартных ячеек библиотеки NanGate.
Также в даннойглаве приводится описание использованного оборудования и программногообеспечения, проведенных экспериментов и полученных результатов.FreePDK15 описывает актуальный технологический процесс с проектнойнормой 15 нм. Целью разработки данной технологии является обеспечениевозможности проведения исследований в области разработки микро- инаноэлектроники с учетом актуальных технологий. Стоит отметить, чтокоммерческие технологические процессы являются интеллектуальнойсобственностью и не доступны университетам и исследовательским центрам. Вдиссертационной работе были выбраны несколько правил проектирования, длякоторых были получены дополнительные ограничения на границах. В рамкахэкспериментов, два правила были добавлены к описанию технологическогопроцесса.Примером использования процесса FreePDK15 является проект библиотекистандарнтых элементов NanGate FreePDK15 OCL15.
Как и технологическиепроцессы, стандартные библиотеки являтся интеллектуальной собственностьюпроизводителей электроники и не доступны за пределами компаний.Данная библиотека была разработана в качестве альтернативного способапроектирования электроники и проведения различных исследований. Дляпроведения экспериментов были выбраны 10 наиболее часто используемыхэлементов.Для проведения экспериментов используется следующая процедура. Дляиспользования FreePDK15 в экспериментах, была построена соответствующаятрассировочная сетка, в узлах которой размещаются дискретные элементы92топологий. Правила проектирования представлены в виде выраженийлогики высказываний.
Выбранные ячейки из библиотеки NanGate былиоттрассированы с использованием трассировочной сетки. Из полученныхтопологий были составлены все возможные попарные размещения встык. Длякаждого размещения была выполнена процедура контроля выполнения правилпроектирования. На следующем этапе площадь всех ячеек была увеличинана 1 шаг трассировочной сетки слева и справа. Для полученных ячеек сновабыли построены все размещения и был выполнен контроль выполненияправил проектирования. На заключительном этапе выбранные ячейки былисинтезированы с учетом дополнительных правил проектирования на границах.Для полученных топологий были построены все попарные размещения встыки выполнен контроль правил проектирования.
Результаты, полученные двумяспособами синтеза элементов, были использованы в сравнительном анализе. Вкачестве критерия качества выбрана площадь полученных элементов.4.1Оборудование и ПОЭксперименты выполнялись на вычислительной машине с ЦПУ Intel(R)Xeon(R) CPU E5-2680 v2 @ 2.80ГГц, 20 ядер, размер кэша L1 — 34 Кб, L2— 256 Кб, L3 — 25600 Кб, памяти RAM — 100 Гб. Компилятор GCC версии6.1.0, библиотека Boost 1.54, Tcl версии 8.5. В качестве ОС использовалась ОСGNU/Linux SUSE Linux Enterprise Server 11 (x86_64), ядро версии 3.0.101-68default.Для трассировки ячеек использовался разработка, представленная вработах [51–53]. Правила проектирования представляются в виде булевыхформул, для которых затем формулируется и решается задача SAT.
Модель,выполняющая исходную логическую формулу, соответствует трассировке,удовлетворяющей всем заданным ограничениям. Предложенный алгоритмгарантирует, что при успешном завершении процедуры синтеза, результирующаятопология не содержит нарушений правил проектирования.Программная система, выполняющая построение вариантов правил награницах стандартных ячеек, реализован в виде исполняемого файла и написан на93языке программирования C++ с использованием современного стандарта C++14.Для компиляции использовались следующие опции:-std=c++14 -Wall -Wunused-but-set-variable -Wunused-local-type-Wparentheses -Wsign-compare -WnarrowingАлгоритм поиска субоптимального набора вспомогательных правилреализован в виде скриптов на языке Tcl. Полученная программная системавызывает программы вывода правил на границах и трассировщик, обрабатываетрезультаты их работы, организует передачу данных от одного этапа работы кдругому, формирует отчеты в виде HTML страницы.4.1.1 Технологический процесс FreePDK15Для проведения экспериментов был выбран открытый технологическийпроцесс FreePDK15, позволяющий выполнять моделирование свойств ИС врамках реалистичной 15 нм технологии.
Данная технология была разработана вкачестве инструмента, который может быть использован для разработки системавтоматического проектирования наноэлектроники за пределами коммерческихкомпаний. Также этот технологический процесс активно используется вобразовательных и исследовательских целях университетами.В основе описанной технологии лежит использовании FinFET транзисторовсо множественным затворами, обладающими лучшей производительностьюи и меньшим энергопотреблением в сравнении с традиционными МОП–транзисторами.
Выбор 15 нм в качестве целевой проектной нормы обусловленМеждународным планом по развитию полупроводниковой технологии (англ.International Technology Roadmap for Semiconductors, ITRS) за 2011 год, в которомпредполагается достижение критических размеров 16 нм к 2016 году.Процесс FreePDK15 разработан с учетом особенностей актуальныйтехнологий изготовления. Предполагается, что для нанесения рисунка на этапеоптческой литографии используется лазер с рабочей длиной волны 193 нм.Используемая модель транзисторов представлена на Рисунке 4.1а. В работепредлагается использование четырех типов слоев металлизации: локальных,промежуточных и полуглобальных и глобальных (Рисунок 4.1).94а)б)Рис.
4.1. (а) Модель транзистора и используемые слои металлизации в процессеFreePDK15 [106]; (б) типы слоев металлизации [106]Так как размер элементов рисунка, которые будут изготовлены, составлеятдесятки нанометров и значительно меньше используемой длины волны лазера,применяются различные техники увеличения разрешающей способности —иммерсионная литография [107], технология множественного шаблона [108],методы коррекции эффектов оптической близости [109]. Для повышения выходагодных устройств необходимо учитывать особенности технологии производстваи различных технологических ограничений, выраженных виде множествазапрещенных или нежелательных топологий (правил проектирования).
С другойстороны, заданные правила проектирования не должны приводить к увеличениюплощади и, таким образом, к росту стоимости производимого устройства.FreePDK15 вводит правила проектирования, ограничивающие минимальныедлины элементов, минимальные допустимые расстояния, размеры допустимыхперекрытий слоев металлизации и переходных отверстий, допустимые размерыперекрытий слоев металлизации. Также вводятся ограничения на площадии антенны. При работе с перспективными технологиями также необходимоучитывать ограничивающие правила проектирвания — допустимые длинымежсоединений и отступов в слоях с элементами критических размеровописываются конечным множеством дискретных величин.
Также ограниченыперегибы межсоединений в этих слоях [110]. Схематическое представления рядаправил проектирования представлено на Рисунке 4.2.Для провеления экспериментов в рамках диссертационной работы быливыбраны правила проектирования, представленные на Рисунках 4.3(а), (б), (в).95Рис. 4.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
