大规模集成电路CAD 第六章自动布局、布线及SOC简介

第8章集成电路的布局与布线简介1.版图设计的步骤大规模集成电路的布局与布线和设计的方式有密切关系，常用的设计方式主要有全定制式、半定制式和定制式等三类方式。

1．全定制式全定制式是像一般设计过程那样，由设计者按设计要求一步一步地设计，组合出各种逻辑电路，当然在设计中也会采用部分现成的电路，但是整个设计是在电路模块形式和位置没有限制的情况下组成电路，进行布局和布线。

2．半定制式半定制式则是事先已经有了若干种具有各种功能的成品或半成品作为单元，在已有单元的基础上进行电路的组合。

这时采用何种单元进行设计就可以有多种方式了。

其中叫做标准单元的方法是利用称为标准单元的现成电路单元进行设计。

这些标准单元的物理版图都是等高不等宽的结构，其引出线也都是规范化的，如图8 1所示。

标准单元法就是在这种基础上，用标准单元构成大规模集成电路。

这种方式便于布图和布线，应用较广。

显然，标准单元是按一定工艺设计好了的逻辑单元，在布图时是不能改变的，工艺更新时先要更新单元库，和全定制式相比布图时会出现冗余空间，密度不能很高。

把标准单元做成各种逻辑门，以门为单位排成一定阵列进行布局和布线的方式，称为门阵列式。

门阵列中，留有规则的布线通道，用以连接各门单元。

上述的单元，都不是已经生产出来的单元，而是准备好的生产单元用的各种母片，布图和布线达到要求后，按确定下来的布图和布线将母片投入生产工艺。

由于单元在构成时要考虑能适用于较多的用途，母片中设置的晶体管数相对要多，使用时会成为冗余的晶体管，接线通道也成倍数地增多，集成电路的面积难免会有浪费，因此，适用于中、小批量电路产品的设计与生产。

3．定制方式定制方式的设计是把各种基本逻辑单元事先设计完好，形成独立的功能单元，放在库中存储，设计时调出功能单元组合成各种电路。

这些功能单元也可以是寄存器、算数逻辑单元、存储器等，对形状也没有统一的要求。

这种设计法也叫通用单元法或积木块法。

不同的设计方法有不同的布局与布线要求，相应地，在利用计算机自动设计时需要采取不同的计算方法和程序。

《集成电路CAD》教学大纲Integrated Circuit CAD课程编号：0713315课程性质：专业限选课适用专业：微电子学先修课程：集成电路设计原理后续课程：综合设计，毕业设计总学分：3.0学分其中实验学分: 1.0教学目的与要求:本课程是微电子学专业的一门专业选修课，集成电路计算机辅助设计包括逻辑设计、电路设计、器件设计、版图设计以及工艺设计等阶段的CAD，本课程介绍集成电路CAD的各个阶段的CAD的基本原理，以及若干CAD软件包的使用方法。

通过本课程的学习，使学生了解并掌握集成电路CAD技术的基本原理和内容，并要求同学能通过上机实践，熟悉主要设计环节中的一些CAD软件的使用方法。

教学内容与学时安排序号1234章目名称第一章概述第二章电路基础第三章Spectre电路模拟第四章版图设计学时分配24410序号567章目名称第五章版图验证第六章自动布局布线第七章UNIX知识及基本操作学时分配642第一章概述（2学时）第一节集成电路的发展史第二节集成电路的发展趋势第三节集成电路的设计方法第四节集成电路的辅助设计工具基本要求：了解集成电路的发展趋势和设计工具第二章CMOS电路基础（4学时）第一节理想开关与布尔运算第二节MOSFET开关第三节基本的CMOS逻辑门第四节CMOS复合逻辑门第五节传输门（TG）电路重点：基本的CMOS逻辑门；CMOS复合逻辑门。

难点：CMOS复合逻辑门。

基本要求：掌握基本的CMOS逻辑门的电路特征第三章电路模拟（4学时）第一节电路模拟引入第二节电路模拟分析重点：模拟测试电路的搭建；模拟类型分析。

难点：模拟类型分析。

基本要求：掌握电路模拟的分析方法第四章版图设计（10学时）第一节基本概念第二节基本工艺层版图第三节CMOS版图入门第四节FET版图尺寸的确定第五节CMOS版图设计方法第六节版图设计规则第六节其他类型版图简介第九节版图的识别重点：基本工艺层版图；CMOS版图设计方法；版图设计规则。

利用CAD进行电路板布局与布线的实践指南在电路板设计过程中，布局与布线是非常关键的环节。

利用计算机辅助设计(CAD) 软件进行电路板布局与布线可以提高效率、减少错误。

本文将介绍一些实用的技巧和步骤，帮助您更好地利用CAD软件进行电路板布局与布线。

第一步是准备工作。

在开始之前，您需要准备电路图和电路板尺寸的相关信息。

将电路图导入CAD软件中，并根据电路板的尺寸进行设置。

确保包含正确的层次结构和元件。

接下来是布局。

布局是将电路元件放置在电路板上，并合理地确定它们的位置。

在选择元件的位置时，需要考虑到元件之间的连接、走线长度、电路的整体性能和电磁兼容性。

在布局时，可以参考以下几点：1. 先布置较大的元件：大型元件通常需要较多的空间，因此应该首先放置。

将它们放置好之后，剩下的空间可以用来布置较小的元件。

2. 将相互连接的元件放在靠近的位置：将需要连接的元件放置在离得比较近的位置，这样可以减少走线的长度，提高电路的性能。

3. 避免元件之间的干扰：将具有较高电压或较大电流的元件或信号线远离其他敏感元件或信号线。

这可以帮助降低干扰和噪声。

4. 确保适当的散热：对于需要散热的元件，例如功率放大器或处理器，需要它们附近有足够的散热空间。

布局完成后，就可以开始布线了。

布线是将布局好的元件通过导线连接起来。

在布线过程中，需要考虑信号的传输质量、电磁兼容性和布线密度。

以下是一些布线的技巧：1. 使用短且直的走线：短而直的走线可以减少信号损耗和干扰。

避免走线过长，尽量选择直线路径。

2. 不要将高速信号线与高功率线靠得太近：高速信号线会受到高功率线引起的干扰。

为了提高信号完整性，应将它们保持一定的间距。

3. 交错布线：将上层和下层交错布线可以减少电磁干扰，提高布线密度。

4. 使用地平面和电源平面：地平面和电源平面可以提供良好的电磁屏蔽和电流传输。

在布线时，确保布置足够的地平面和电源平面。

5. 避免走线的交叉：交叉的走线容易产生串扰和干扰。

第1 章SoC 简介近10 年来，无论是消费类产品如电视、录像机，还是通信类产品如电话、网络设备，这些产品的核心部分都开始采用芯片作为它们的“功能中枢”，这一切都是以嵌入式系统技术得到飞速发展作为基础的。

SoC (System on Chip，片上系统) 是ASIC(Application Specific Integrated Circuits) 设计方法学中的新技术，是指以嵌入式系统为核心，以IP 复用技术为基础，集软、硬件于一体，并追求产品系统最大包容的集成芯片。

狭意些理解，可以将它翻译为“系统集成芯片”，指在一个芯片上实现信号采集、转换、存储、处理和I/O 等功能，包含嵌入软件及整个系统的全部内容；广义些理解，可以将它翻译为“系统芯片集成”，指一种芯片设计技术，可以实现从确定系统功能开始，到软硬件划分，并完成设计的整个过程。

1.1 SoC1.1.1 SoC 概述SoC 最早出现在20 世纪90 年代中期，1994 年MOTOROLA 公司发布的Flex CoreTM 系统，用来制作基于68000TM 和Power PCTM 的定制微处理器。

1995 年，LSILogic 公司为SONY 公司设计的SoC，可能是基于IP ( Intellectual Property)核进行SoC 设计的最早报道。

由于SoC 可以利用已有的设计，显著地提高设计效率，因此发展非常迅速。

SoC 是市场和技术共同推动的结果。

从市场层面上看，人们对集成系统的需求也在提高。

计算机、通信、消费类电子产品及军事等领域都需要集成电路。

例如，在军舰、战车、飞机、导弹和航天器中集成电路的成本分别占到总成本SOC 设计初级培训（Altera篇）2的22％、24％、33％、45％和66％。

随着通讯行业的迅猛发展和信息家电的迅速普及，迫使集成电路产商不断发展IC 新品种，扩大IC 规模，增强IC 性能，提高IC 的上市时间(Time to maeket) ，同时还需要实现品种的通用性和标准化，以利于批量生产，降低成本。

集成电路布图自动布线技术研究集成电路布图自动布线技术是一种能够实现电子元器件布线自动化的技术，该技术通过创建一个基于算法的布线方案，根据布线方案自动生成电子元器件之间的电路连接。

目前的芯片设计和工艺都已经发展到了一个非常高的水平，需要更高效、更快速、更准确的电路布线方法。

首先，了解何为电子元器件布线。

在电路板中，各种电子元器件之间需要进行布线以连接彼此。

电子元器件的数目和密度越来越高，这使得手动进行电路布线成为了更加困难的任务。

在集成电路板上，单个元件可能有成千上万条连接线，需要复杂的算法和过程来分析和设计。

自动布线技术可以取代手动布线，使用计算机软件根据预定义的规则和约束，去创建电路板布局来达到最优解。

其次，自动布线技术的发展历程。

这项技术的根源可以追溯到20世纪60年代，当时，自动布线技术是为了更好地控制电路元器件之间的距离和布局，以促进性能和可靠性的提高。

从60年代开始，自动布线软件公司和学术机构就一直在开展相关研究。

最近几年，随着技术上的不断进步和算法的逐渐优化，自动布线技术也取得了更好的进展。

再次，自动布线技术的实用化。

使用自动布线技术，不仅仅能够大幅减少人力资源和成本，还可以在芯片设计和生产过程中加快生产速度和提高品质。

在设计电路板时，自动布线技术能够优化电路连接，最大限度地降低噪声和串扰。

在电路板的生产过程中，自动布线技术能够减少布线错误，降低电路失效率，并减轻对人力资源的依赖。

最后，自动布线技术的应用前景。

目前，随着电子产业的快速发展，电子产品的需求不断提升，并且产品的纷繁化、复杂化让电路布线问题变得更为困难。

因此，自动布线技术的应用已经成为了不可避免的趋势。

我们相信，在未来，研究自动布线技术会成为越来越重要的课题，将会朝着更加高效、准确、自动化的方向发展。

综上所述，集成电路布图自动布线技术是一个不断发展和壮大的领域。

虽然仍面临一些挑战和技术难点，但可望在不远的将来取得更大的进展。

集成电路布局与布线技术现代电子技术发展迅速，集成电路作为电子产品的核心部件，对于高性能和低功耗的要求也日益增高。

而集成电路布局与布线技术作为实现这一目标的重要环节，在电路设计和制造过程中起着至关重要的作用。

本文将介绍集成电路布局与布线技术的概念、方法和一些相关的重要应用。

一、概述集成电路布局与布线技术是指对集成电路的各个功能模块进行合理的布局和互连，以达到最佳的性能和功耗特性。

它是集成电路设计中不可或缺的一环，涵盖了电路的物理位置布置和信号线的布线路径设计。

在集成电路的物理布局中，需要考虑各个功能模块之间的相互关系和布局位置，以便最大化地减少电路的面积和功耗。

同时，还要考虑散热、电磁干扰等因素，保证电路的稳定性和可靠性。

在信号线的布线路径设计中，需要考虑信号传输的时延、功耗、抗干扰能力等因素，以提高电路的性能。

二、方法1. 布局技术在集成电路布局中，可以采用不同的布局技术来实现最佳的布局效果。

其中，常用的布局技术包括手动布局和自动布局。

手动布局是通过人工进行布局，根据设计要求和约束条件，将各个功能模块按照一定的规则合理地排列。

手动布局的优点是可以充分考虑电路的性能和功能需求，但是需要设计人员具备一定的经验和技能。

自动布局是利用计算机辅助设计软件进行布局，根据设计要求和约束条件，通过算法和优化方法来实现布局。

自动布局的优点是效率高且能够快速生成满足要求的布局，但是对于复杂的电路设计可能需要进一步的人工调整。

2. 布线技术在集成电路布线中，需要考虑信号线的路径设计和互连问题。

常用的布线技术包括通用布线、特殊布线和全局布线。

通用布线是指利用通用布线算法进行布线，通过计算机算法和优化方法，自动生成较为理想的布线路径。

通用布线的优点是快速和高效，对于一些简单的电路布线能够满足需求，但是对于复杂的电路布线可能需要进一步的优化或者其他布线方法。

特殊布线是指针对特定需求的布线方式，根据电路设计的特点，采用一些特殊的布线技巧和方法来实现。

集成电路设计中的自动布局布线方法研究在集成电路的设计过程中，自动布局布线是必不可少的一步。

它的目标是将电路中的各个组件合理地布局在芯片的表面，并通过导线将它们连接起来，以实现电路的功能。

自动布局布线方法的研究可以提高电路的性能、减小面积、降低功耗，对于集成电路的设计具有重要的意义。

自动布局布线方法的研究主要包括两个方面，即自动布局和自动布线。

自动布局是指在给定的芯片面积内，将电路中的各个组件按照一定的规则自动布置在芯片上，使得它们之间的距离适当，并且不产生电路冲突。

自动布线是指根据布局结果，自动地在芯片的表面上生成导线网络，使得电路中的各个组件之间能够正确地互连。

在自动布局的研究中，通常采用的方法是通过建立电路的等效模型，将布局问题转化为数学优化问题。

具体来说，可以使用基于禁忌搜索、模拟退火等启发式算法来求解布局问题。

另外，还可以利用迁移学习、强化学习等机器学习方法，通过训练模型来优化布局结果。

在自动布线的研究中，常常使用的方法是通过建立网络流模型，将布线问题转化为最小费用流、最大流等经典问题。

然后，可以采用广度优先搜索、深度优先搜索等算法来求解布线问题。

此外，还可以使用并行计算、多目标优化等技术，提高布线的效率和质量。

自动布局布线方法的研究不仅需要考虑电路的性能，还需满足芯片的制造工艺要求。

因此，在布局布线的过程中，需要考虑到电路的延迟、功耗、面积等指标，并且要遵守芯片制造的规则。

例如，可以利用线性规划等数学方法来求解布局布线问题中的多目标优化问题，以平衡不同指标的要求。

自动布局布线方法的研究还要考虑到不同工艺、不同电路结构之间的差异性。

因此，对于不同类型的电路，需要采用不同的布局布线方法。

例如，对于数字电路，可以采用网格化布局方法，将电路中的组件和导线都放置在网格交叉点上。

而对于模拟电路，可以采用层次化布局方法，将电路中的组件和导线分别放置在不同的层次上。

总的来说，自动布局布线方法的研究对于集成电路的设计具有重要的意义。

杨之廉申明/编著张华斌/主讲第一章：设计过程的概述一：集成电路设计方法和工具的变革1.集成电路技术经历了小规模（SSI）中规模（MSI）大规模（LSI）超大规模（VLSI）阶段，目前进入特大规模（ULSI）阶段2.第一代EDA称为计算机辅助设计CAD系统，第二代EDA系统常称为计算机辅助工程系统，第三代EDA中，引入了行为硬件描述语言HDL，一般采用两种语言即VHDL语言和VerilogHDL语言；此外引入行为综合和逻辑综合工具二：设计系统的结构和框架统一的数据库操作的协同性结构的开放性系统的可移植性三:“自顶向下”与“由底向上”设计步骤芯片设计通常分为正向设计与逆向设计两大类。

正向设计通常用来实现一个新的设计，而逆向设计是在剖析别人设计的基础上进行某种修改或改进步骤方法自顶向下由底向上正向设计行为设计结构设计逻辑设计电路设计版图设计系统划分，分解单元设计功能块设计子系统设计系统总成逆向设计版图解析电路图提取功能分析结构修改逻辑设计电路设计版图设计版图解析电路图提取功能分析单元设计功能块设计子系统设计系统设计四、几个知识点1.深亚微米电路设计对设计流程的影响在微米级电路设计时，习惯上吧设计分成前后两个阶段：（1）前一阶段系统成逻辑设计，这是进行系统和功能设计以及结构和电路设计；（2）后一阶段称为版图设计，注意进行布局，布线以及物理验证和掩膜生成。

2.定制法它适用于芯片性能指标比较高而生产批量又比较大的芯片设计，通常分为两大类：、（1）标准单元法电路中各单元高度相等，宽度有所差别（2）通用单元法又分为积木块法和混合法两种，在设计中各单元高度和宽度各不相等以上两类方法中，所有单元事先经过精心设计并存在单元中，在设计是根据电路要求从库中调出所需单元及压焊块，进行自动布局和布线，最后得到被设计电路的掩膜版图，因而又统称为库单元法。

定制法的特点是设计上自由度比较大，芯片没有无用的单元或晶体管，芯片面积较小，但建立一个物理单元库需很大的初始投资，制造周期长，成本高第二章：各种设计方法1.全定制版图设计的特点是针对美国晶体管进行电路参数和版图优化。