IC設(shè)計(jì)中Accellera先進(jìn)庫(kù)格式語(yǔ)言與EDA工具的結(jié)合

先進(jìn)庫(kù)格式(ALF)是一種提供了庫(kù)元件、技術(shù)規(guī)則和互連模型的建模語(yǔ)言，不同抽象等級(jí)的ALF模型能被EDA同時(shí)用于IC規(guī)劃、原型制作、實(shí)現(xiàn)、分析、優(yōu)化和驗(yàn)證等應(yīng)用中。本文在介紹ALF概念的基礎(chǔ)上，詳細(xì)討論了使用ALF時(shí)庫(kù)元件與IC的設(shè)計(jì)流程，同時(shí)還介紹了IC分層實(shí)現(xiàn)與原型制作的方法。

在IC設(shè)計(jì)中，常常會(huì)發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體性能與得到的設(shè)計(jì)結(jié)果之間存在差距，這些差距最終要靠新一代EDA工具來(lái)彌合。一般說(shuō)來(lái)，要想消除差距就必須將以前孤立的設(shè)計(jì)任務(wù)集成到一起，或者將以前零散的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行統(tǒng)一。

例如過(guò)去在設(shè)計(jì)和測(cè)試之間就存在隔閡，現(xiàn)在用可測(cè)性設(shè)計(jì)的概念可加以解決，在綜合和布局之間的矛盾最近也有了物理綜合概念方案，下一個(gè)計(jì)劃目標(biāo)是針對(duì)設(shè)計(jì)和掩膜生成之間的問(wèn)題，希望能用可制造性設(shè)計(jì)的概念解決。

然而在庫(kù)的創(chuàng)建和具體設(shè)計(jì)之間依然還存在矛盾，就像數(shù)據(jù)總在前后端設(shè)計(jì)之間傳來(lái)傳去類似，帶有預(yù)定義建模概念的庫(kù)也是在供應(yīng)商和用戶之間倒來(lái)倒去。

庫(kù)元件由供應(yīng)商進(jìn)行定義，建模概念則是EDA應(yīng)用所要求的，設(shè)計(jì)人員沒(méi)有選擇，有什么庫(kù)元件就只能用什么，不可能去深入理解更不用說(shuō)修改了，庫(kù)的內(nèi)容可能會(huì)超出所選EDA工具處理的范圍。隨著設(shè)計(jì)復(fù)雜性、性能和費(fèi)用不斷增加，預(yù)定義庫(kù)的概念也很成問(wèn)題，例如在設(shè)計(jì)項(xiàng)目開(kāi)始時(shí)，用戶可能會(huì)在用于某種特定技術(shù)的庫(kù)實(shí)際出現(xiàn)以前，就希望能了解用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)是否有意義。

在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，用戶需要?jiǎng)?chuàng)建一些模塊作為可重復(fù)使用的庫(kù)元件，結(jié)束時(shí)如果可用庫(kù)元件(如具有正確驅(qū)動(dòng)能力的單元)不多，用戶將只需做很少的布局優(yōu)化就能滿足性能目標(biāo)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中任何時(shí)候，用戶都可能要按不同程度的抽象和精度對(duì)時(shí)序、功率、電氣性能、擁塞、路由性能及其它設(shè)計(jì)特性進(jìn)行評(píng)估。

Accellera ALF是一個(gè)新完成的IEEE標(biāo)準(zhǔn)，其設(shè)計(jì)可使用戶對(duì)庫(kù)及設(shè)計(jì)流程中的應(yīng)用有更強(qiáng)的控制和影響能力。ALF不像傳統(tǒng)庫(kù)格式那樣僅僅是一個(gè)數(shù)據(jù)信息庫(kù)，它是一種智能型自擴(kuò)展建模語(yǔ)言，可對(duì)庫(kù)元素的功能、電氣和物理模型，包括技術(shù)規(guī)則、單元、構(gòu)建模塊和互連等提供語(yǔ)義支持。

ALF支持完整的RTL到功能、ASIC和SoC技術(shù)庫(kù)電氣性能與布局視圖的GDSII描述，適合從單元到復(fù)雜的分層設(shè)計(jì)模塊。ALF是一個(gè)經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)，得到先進(jìn)半導(dǎo)體供應(yīng)商和用于0.13μm及更小工藝技術(shù)的下一代EDA工具的支持。

ALF的抽象范圍可用于行為、RTL、門(mén)級(jí)和布局，它不是憑空開(kāi)發(fā)的，而是現(xiàn)有庫(kù)格式的超集，很容易從現(xiàn)有格式轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)。ALF的結(jié)構(gòu)原理非常簡(jiǎn)單很容易掌握，它主要關(guān)注內(nèi)容而不是格式細(xì)節(jié)和各種限制。

從應(yīng)用的觀點(diǎn)看，語(yǔ)言元素可和建模域聯(lián)系起來(lái)，它可以是功能域、電氣域或物理域。但ALF描述功能主要來(lái)自與域無(wú)關(guān)的語(yǔ)言元素，如模板(用于重復(fù)使用庫(kù)描述)和算術(shù)模型(用于數(shù)學(xué)描述量的計(jì)算)。

庫(kù)元件創(chuàng)建和描述

ALF可用來(lái)指定一個(gè)庫(kù)元素如單元所需的功能和描述，單元規(guī)格包括單元名稱和終端(即引腳)與單元所執(zhí)行功能的形式描述，形式描述可以在VHDL或Verilog等語(yǔ)言中生成硬件描述語(yǔ)言(HDL)仿真模型。

可生成多種HDL模型用于不同的目的，這里的不同根據(jù)用戶對(duì)模型風(fēng)格的愛(ài)好而不是由單元功能來(lái)決定。例如某個(gè)模型可以用一種粗略的方式處理未知邏輯狀態(tài)，以便快速仿真，而另一個(gè)模型則可用非常具體的方式處理未知邏輯狀態(tài)，這樣仿真就要慢一些，但更精確。ALF模型可作為公共參考，用于所有這些HDL模型。

單元的物理布局以GDSII格式表示，SPICE格式的晶體管級(jí)網(wǎng)表可從物理層中提取，這樣的晶體管網(wǎng)表中包括了寄生電氣分量。或者設(shè)計(jì)人員也可用手工或EDA工具創(chuàng)建晶體管網(wǎng)表，將ALF描述的功能規(guī)范映射到晶體管網(wǎng)表中。這種網(wǎng)表的精度要低于從布局中提取，但對(duì)制作原型庫(kù)還是有用的。

晶體管網(wǎng)表和各鐘HDL模型都能和ALF描述的功能規(guī)范進(jìn)行比較，更重要的是，晶體管網(wǎng)表還能用來(lái)描述單元的性能，以便通過(guò)運(yùn)行SPICE仿真來(lái)測(cè)量時(shí)序、功率、噪聲和其它電氣特性。

SPICE仿真由描述工具進(jìn)行控制，該工具從ALF表示的規(guī)范中推斷出相關(guān)信息，只要這個(gè)信息與單元本身的功能相關(guān)，例如需要描述的時(shí)序曲線可在ALF中表示，也可從ALF中推出。描述工具的輸出是庫(kù)單元模型，帶有特性數(shù)據(jù)，同時(shí)也在ALF中表示，另外也可用庫(kù)編輯器將所有庫(kù)單元模型組合成一個(gè)二進(jìn)制文件，作為EDA應(yīng)用工具的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

IC實(shí)現(xiàn)與性能分析

ALF庫(kù)可用在以單元作為構(gòu)建模塊的IC實(shí)現(xiàn)流程中(圖1)。在該流程里，RTL設(shè)計(jì)描述通過(guò)RTL綜合工具轉(zhuǎn)換成網(wǎng)表，網(wǎng)表含有單元示例，這里稱為門(mén)而不是晶體管，它使用ALF庫(kù)尋找將RTL描述映射到含有單元示例網(wǎng)表所需的庫(kù)元件。ALF單元模型不會(huì)描述單元中的晶體管。

等價(jià)檢查工具將RTL設(shè)計(jì)描述與網(wǎng)表進(jìn)行比較，以確定RTL到網(wǎng)表的轉(zhuǎn)換是否正確，它可用與RTL綜合工具相同的ALF庫(kù)。同樣，HDL模擬工具(圖1中沒(méi)有顯示)也能用來(lái)確定RTL設(shè)計(jì)描述和網(wǎng)表行為在響應(yīng)給定激勵(lì)時(shí)是否與預(yù)期的一樣，該模擬工具可使用ALF模型或從ALF模型提取出來(lái)的HDL模型。

圖1的流程已經(jīng)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，像數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)創(chuàng)建、與可測(cè)性設(shè)計(jì)(DFT)有關(guān)的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建以及特殊掃描插入等特殊網(wǎng)表轉(zhuǎn)換沒(méi)有顯示在圖中，ALF單元模型含有與這些應(yīng)用有關(guān)的信息。