Диссертация (1090534), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Пример правил проектирования технологии FreePDK15Правила, представленные на Рисунках 4.3(г), (д), были добавлены в рамкахдиссертацинной работы.а)б)г)в)д)Рис. 4.3. Минимальная длина проводника (а), минимальное расстояние междудвумя проводниками (б), минимальное расстояние для двух проводников вдвунаправленном слое (в), три переходных отверстия в ряд (г), два переходныхотверстия по диагонали (д)4.1.2Библиотека стандартных ячеек NanGate OCL15В работе [111] описываются различные аспекты разработки стандартныхэлементов в рамках перспективных технологических процессов.
Предлагаетсябиблиотека стандартных ячеек, спроектированных в рамках 15 нмтехнологического процесса. Разработка ячеек с учетом данной технологиипозволяет проиллюстрировать ряд проблем, которые не возникают при96использовании предыдущих технологий. Примерами таки При разработкеэлементов использовалась актуальная общая модель прогнозированиятехнологий(англ. predictive technology model).
Библиотека предназначенадля использования образовательными учереждениями и исследовательскимиинститутами для проектирования топологий СБИС с использованиемстандартных ячеек и для разработки программных систем автоматическогосинтеза СБИС и необходимых алгоритмов. Примером такой проблемы можноназвать необходимость в использовании метода двойного шаблона как дляслоя полисиликона, так и для слоев металлизации. Также используетсяряд ограничивающих правил проектирования, сокращающих вариативностьтопологий, что позволяет использовать технологию оптической литографии припроизводстве.Данная библиотека основана на использовании FinFET транзисторовсо множественными затворами, описанными в работе [112]. Переход отдвух- к трехмерным транзисторам привел к появлению новых проблем приразработке, включая моделирование.
FinFET были предложены в 90–ых годахв качестве одного из приемников планарных транзисторов. ПреимуществомFinFET технологии в сравнении с традиционными МОП транзисторами являютсяменьшие токи утечки.Ограничения технологии оптической литографии необходимо учитыватьпри разработке компонентов с учетом актуальных и перспективных технологий.Процесс FreePDK15 описывает различные аспекты технологии двойного шаблонапри учете модели литографического процесса. Технология двойного шаблонаиспользуется на этапе литографии для изготовления элементов критическихразмеров. Данный подход используется для всех технологий, начиная с32 нм, когда методы коррекции эффектов оптической близости пересталиобеспечивать требуемое качество изображения. В данной библиотеке технологиядвойного шаблона также используется для обеспечения регулярности топологийстандартных ячеек, что повышает качество изображения при изгоовлении припомощи технологии оптической литографии.Возрастающие требования к регулярности топологии затрудняют процессразработки топологий элементов.
Например, такие затруднения могут возникнутьв силу различий в цепях для P и N транзисторов. Для обеспечения корректности97соединений, требуется добавлять отступы, в случае чего затвор контролируетодин транзистор, а не пару, как обычно.Также жесткие ограничения на регулярность вынуждают использоватьдополнителньые затворы, не управлящие транзисторами. Элементы слояполисиликона должны быть размещены на фиксированном расстоянии друг отдруга. Также рядом подряд может быть размещено не более двух терминалов, нонекоторые ячейки библиотеки требуют размещения большего числа терминалов.В качестве изолятора в такой ситуации также используются дополнительныезатворы, не подсоединенные к транзисторам.Для того, чтобы ячейки могли быть использованы в качестве базовыхэлементов, они должны обладать общими свойствами, задаваемыми библиотекойв целом.
В число таких характеристик входят положения линий питания и земли,ширины слоев диффузии и кармана n–типа. Множество характеристик называюттакже шаблоном. На Рисунке 4.4 приведен пример топологии стандартнойячейки XOR2_X1 библиотеки OCL15. Помимо геометрического шаблона,библиотека определяет единые способ наименования элементов, доступныефункции, физические и электрические требования, значения мощности. Всемножество этих характеристик называют архитектурой библиотеки [113].Подобное архитектурное описание отличает библиотеку от набора случайныхячеек.Предложенная библиотека содержит 76 стандартных ячеек, описывающих21 распространенные логические функции. В библиотеку входит рядсеквенциальных ячеек — синхронных и асинхронных триггеров, сканирующихтриггеров. Также в библиотеку входит набор дополнительных ячеек.Большинство элементов комбинационной логики доступны и в каскадномисполнении — в вариантах от X1 до X16. Для выполнения экспериментов врамках диссертационной работы были выбраны следующие 10 стандартныхячеек, которые наиболее активно используются при проектированиифункциональных блоков: AND2_X1, AOI21_X1, BUF_X1, INV_X1, MUX2_X1,NAND2_X1, NOR2_X1, OAI21_X1, OR2_X1, XOR2_X1.98Рис.
4.4. Пример топологии стандартной ячейки XOR2_X14.2 Вывод правилНа базе описания технологического процесса была построенаятрассировочная сетка, правила проектирования были сформулированы ввиде логических выражений. Для проведения экспериментов были выбраны10 стандартных ячеек библиотеки NanGate. На первом этапе все ячейки былиоттрассированы без каких-либо дополнительных ограничений, помимо правилпроектирования. Для всех пар ячеек были сгенерированы все разрешенныеразмещения встык, для каждого из которых была выполнена проверка нарушенийправил проектирования.
В результате проверки были выявлены 183 нарушениявыбранных геометрических ограничений, возникших на границах ячеек.Для предотвращения полученных нарушений площадь ячеек былаувеличена на 1 шаг трассировочной сетки с каждой стороны в горизонтальномнаправлении, после чего были повторно сгенерированы все попарные размещенияи выполнена проверка правил.
Этот подход позволил разрешить все 183нарушения за счет увеличенной площади ячеек.На заключительном этапе были построены вспомогательные правилапроектирования на границах стандартных ячеек, полученные для выбраныхвходных геометрических ограничений. Для них было построено 88 вариантовправил на границах ячеек. Из них 76 были удалены из рассмотрения, т.к. ниодна из ячеек не была успешно страссирована в рамках заданных ограничений,99полностью были проанализированы оставшиеся 12 вариантов правил. В качествекритерия качества стандартных ячеек была выбрана площадь.
Только одиниз сгенерированных наборов правил позволил сгенерировать все ячейки взаданной площади. Этот вариант правил и был признан оптимальным в рамкахэксперимента.Рис. 4.5. Разрешенное размещение с учетом ограничений на границах,учетывающее ограничения на границахНа Рисунке 4.5 приведен пример топологии, составленной из двухэлементов ИЛИ–НЕ2, учитывающих дополнительные ограничения на границахячеек. Белым пунктиром обозначена граница двух элементов. При установкевстык элементы образуют топологию, не содержащую нарушений заданныхправил проектирования.Проведено сравнение результатов предложеного подхода с подходом наоснове добавления изолирующих затворов.
В Таблице 4 приведены результатысравнения. Получен выигрыш по площади топологий стандартных ячеек (от 16до 50%).4.3Валидация результатовДля валидации полученных результатов предложена следующая процедура.Для выбранных 10 стандартных ячеек выполняется автоматический синтезвсех попарных размещений встык. Для каждого размещения выполняется100Таблица 4 — Экспериментальные результатыПредложенныйМаршрут смаршрут с доп.увеличением площадиЯчейкаограничениями(шагов сетки)(шагов сетки)AND275AOI2175BUF64INV42MUX21210NAND264NOR264OAI2175OR275XOR297Общая7151площадьВыигрыш поплощади (%)28.628.633.350.016.633.333.328.628.622.228.2проверка на соответствие топологии заданным правилам проектирования.
Поитогам проверки составлялся список всех нарушений топологий, обнаруженныхв текущем размещении. Дополнительно был составлен список нарушений,возникших на границах стандартных ячеек. По результатам верификациипользователю предоставлялся подробный отчет в виде HTML страницы,содержащей информацию о найденных нарушениях. В качестве инструментафизической верификации был использован сторонний программный комплекс.В рамках диссертационной работы подобная проверка выполняласьтрижды. Сначала были сгенерированы все размещения стандартных ячеек,синтезированых без использования дополнительных ограничений на границах.В этом случае были выявлены 183 нарушения, возникшие на границахстадартных ячеек. Во втором случае, для построения размещений использовалисьячейки увеличенной площади. В следствие образовавшегося зазора междутопологиями, все нарушения правил проектирования были разрешены за счетувеличевшейся площади ячеек.
В третий раз валидация выполнялась дляразмещений, составленных из стандартных ячеек, спроектированных с учетомдополнительных ограничений на границах. По результатам проверки не быловыявлено ниодного нарушения правил проектирования на границах.1014.4 ВыводыЭкспериментальные результаты показывают, что применении формальныхметодов и декларативного программирования могут быть применены на практикедля решения задачи автоматического вывода геометрических ограничений награницах структурных компонентов ограниченной площади.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
