Диссертация (1090534), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Обзор основных этапов разработки СБИС и используемыхтехнологий представлен в Приложении А.Использование FinFET транзисторов при разработке ИС с учетомтехнологических норм от 14 нм и менее требует внесение изменений как в процессизготовления полупроводниковых устройств, так и в процесс их разработки.Например, требуется учет трехмерной структуры транзисторов, использованиелокальных межсоединений, использование метода множественного нанесениярисунка и использование ограничивающих правил проектирования. В работе [57]рассматриваются различные аспекты физического проектирования стандартныхячеек с учетом озвученных особенностей.
Целью исследования являетсясравнительный анализ того, как использование однонаправленных слоевметаллизации, в которых все элементы лежать либо в горизонтальном, либо ввертикальном направлении, или двунаправленных, в которых элементы могутсгибаться под углом 90 градусов, влияет на итоговую производительность и34объемы годных устройств при изготовлении. Отмечается, что стандартныеячейки, спроектированые с использованием однонаправленных слоевметаллизации, обладают значительно лучшими параметрами (площадью,энергопотреблением, задержками), чем их аналоги с использованиемдвунаправленных слоев.
Превосходство достигает до 20%. Использованиеоднонаправленных слоев металлизации позволяет исключить одну маску на этапеоптической литографии. Регулярность полученных топологий, сокращение числаизготавлеваемых элементов топологии в 2–3 раза и снижение вариантивноститехнологического процесса на 10% обеспечивают рост доли выхода годныхустройств. В работе также отмечается, что наиболее нерегулярные топологиивозникают на границах размещенных ячеек. Возникновение нерегулярностейснижает надежность процесса изготовления устройств и может приводить квозникновению искажений в рисунке.Одной из проблем применения FinFET транзисторов является разрушенияна границах диффизий у транзисторов. Для предотвращения этого эффекта награницах транзисторов устанавливают специальные “нефункциональные”(англ.dummy) затворы, подсоединенные к линиям питания, что позволяет избежатьростапаразитных емкостей.
Необходимость питать такие затворы требует такойустановки стандартных ячеек, чтобы нефукциональный затвор был подсоединенхотя бы к одному истоку транзисторов. Если две ячейки стыкуются двумястоками, требуется добавлять между ними вспомогательный исток, что приводитк росту занимаемой блоком площади на этапе размещения стандартных ячеек.Как правило, данная проблема может быть разрешена размещением перевернутой(англ.
flipped) версии стандартной ячейки или же путем изменения размещениясоседних ячеек, что не оказывает существенного влияния на задержки итрассировочные ресурсы блока в целом. В работе [58] предлагается алгоритмминимизации числа стандартных ячеек, при размещении которых образуютсясоединенные пары стоков транзисторов на границах элеметов. Подход основанна переворачивании групп ячеек и на перемене мест для пар соседних ячеек.Экспериментальные результаты показывают, что подобная оптимизация можетбыть выполнена для 100000 ячеек менее, чем за секунду.Увеличение площади стандартных элементов является одним изспособов обеспечения отсутствия нарушений правил проектирования приразмещении ячеек.
Для предотвращения потенциальных нарушений на35границах между элементами библиотеки добавляется отступ. Однако, врамках современных технологических процессов применение данного подходаприводит к консервативным результатам — область действия отдельных правилпроектирования сравнима с размером ячеек, что приводит к увеличениютребуемого размера отступа между элементами.Другим методом предотвращения подобных нарушений являетсяразработка тестового блока, в котором смоделированы все возможныеразмещения стандартных ячеек для заданной библиотеки.
Для полученного блоказатем выполняется контроль выполнения правил проектирования. Результатомтакого моделирования является список возникших конфликтов междуячейками. Эта информация далее используется для внесения соответствующихкорректировок в топологии элементов библиотеки. Современные ИС должнысоответствовать высоким уровням требований к занимаемой площади,производительности и энергопотреблению, для чего стандартные библиотекипредоставляют большой набор различных элементов — с пониженнымэнергопотреблением, повышенной мощностью и др..
Число элементов библиотекможет достигать сотен и даже тысяч, что делает метод с изготовлением илипроектированием тестовых блоков непрактичным. Данный способ такжеявляется итеративным и не решает поставленной проблемы.Также распространен способ предотвращения нарушений правилпроектирования на границах ячеек, в основе которого лежит введениедополнительных техноогических ограничений, учитывающих потенциальныенарушении при размещении ячеек. Вывод таких правил вручную трудоемок иможет приводить к многократному перепроектированию элементов библиотеки.В диссертационной работе предлагается метод вывода дополнительныхправил проектирования на границах стандартных ячеек.
Полученныеограничения обеспечивают отсутствие нарушений правил проектированиядля любых разрешенных размещений ячеек — полученная библиотека являетсябезошибочной по построению.На основе проведенного в диссертационной работе исследованияпредлагается метод, позволяющий для заданных технологических ограниченийи описания архитектуры автоматически выводить множество дополнительныхправил проектирования и автоматически выбирать допустимый вариант. В основепредлагаемого метода лежит использование декларативного программирования36и формальных методов. В рамках диссертационной работы критериемоптимальности является площадь стандартных ячеек, спроектированых при учетедополнительных правил.1.5 Постановка цели и задач исследованияПо мере развития технологий, сложность вычислительных комплексовнеуклонно растет.
Разрыв между разработанными технологиями изготовления исуществующими методологиями проектирования также увеличивается. Растущиевычислителньые мощности позволяют решать все более и более сложныепрактические задачи, в частности, различные задачи оптимизации.Природа оптмизационных задач кардинально изменилась за последниегоды — произошел переход от задач с несколькими параметрами к проблемам,включащим в себя сотни и тысячи параметров и противоречивые требования.Подобные проблемы возникают в самых разных областях знаний — от анализаданных до автоматической генерации тестов и автоматического планирования.Особенностью современной проблематики разработки является то, чтопромышленность функционирует в условиях жесткой конкурентной борьбы; напервый план выходят прежде второстепенные критерии — время проектированияи стоимость реализации. Как следствие, современная промышленность ожидаетот разработчиков не “оптимального” решения, а любого, удовлетворяющегозаданным ограничениям, но как можно быстрее.В связи с необходимостью быстрого поиска решения, удовлетворяющеговсем заданным критериям, все большую популярность получают формальныеметоды и декларативное программирование.
При использовании данногоподхода “программирование” заключается в описании предметной области,технологических ограничений и желаемых свойств решения, а не в написаниидетального алгоритма того, как необходимо решать поставленную задачу.Наблюдается и рост сложности при решении задач проектированиясовременной полупроводниковой электроники. В качестве средства сниженияэтой сложности, промышленность использует метод проектирования на основеиспользования библиотек стандартных ячеек — элементов, реализуюющих37заданную логическую функцию, детали реализации которых скрытыза абстрактным интерфесом.
Топологии ячеек должны соответствоватьопределенным критериям качества, выражаемым в виде правил проектирования— запрещенных вариантов топологий. По мере развития технологийи сокращения технологических норм, число таких ограничений растетэкспоненциально. Существуют различные методы и программные системы,позволяющие выполнять автоматический синтез элементов библиотек.Методы декларативного программирования активно применяются ипри решении различных задач в системах автоматического проектированиямикроэлектроники. Помимо решения традиционных задач автоматическойгенерации тестовых наборов для проверок СБИС, логической верификации ирешения задач логической эквивалентности устройств, этот подход все чащеприменяется и при решнии задач топологического синтеза, в частности, прирешении проблем размещения компонентов ИС, расщепления транзисторов,выполнениядетальнойтрассировки.Использованиедекларативногопрограммирования в этих областях снижает трудоемкость адаптации ПО кновым технологическим требованиям и ограничениям.Современные системы автоматического синтеза топологий элементовбиблиотек не учитывают информацию о топологиях уже созданных структурныхкомпонентов.
При проектировании функциональных блоков, элементы ячеекформируют ряды фиксированной высоты. Важно отметить, что при этомна границах различных ячеек все еще могут образовываться топологии,запрещенные правилами проектирования. Подобные нарушения могут бытьпредотвращены добавлением специальных технологических ограничений,которые должны учитываться на границах стандартных ячеек при ихпроектировании. Традиционно, такие правила разрабатывались ручным методом.Таким образом, возникает “разрыв” между полностью автоматическимисистемами проектирования библиотек элементов и необходимостьюподготавливать дополнительные ограничения вручную.Таким образом, исходя из вышеизложенного, требуется разработкавычислительного комплекса автоматического вывода геометрическихограничений на границах структурных компонентов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
