本發(fā)明屬于芯片設(shè)計，具體涉及一種在預(yù)布局階段基于集成學(xué)習(xí)預(yù)估互連線寄生電容的方法，可提升物理設(shè)計早期動態(tài)功耗計算的準(zhǔn)確性。

背景技術(shù)：

1、在數(shù)字集成電路設(shè)計流程中，隨著半導(dǎo)體工藝的不斷進(jìn)步，芯片內(nèi)集成的晶體管數(shù)量按摩爾定律所預(yù)測的那樣按指數(shù)規(guī)律增長，在集成密度和速度性能取得驚人進(jìn)展的同時，功耗很快變成了數(shù)字集成電路設(shè)計中的重要考量因素之一。

2、數(shù)字集成電路的功耗分為動態(tài)功耗和靜態(tài)功耗。動態(tài)功耗是指電路由于信號翻轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的功耗，包括由于充放電電容引起的動態(tài)功耗和器件在開關(guān)過程中短暫的直接通路所導(dǎo)致的動態(tài)功耗。充放電電容的翻轉(zhuǎn)功耗由信號的翻轉(zhuǎn)頻率和輸出電容負(fù)載所決定，是電路功耗的主要部分，輸出電容負(fù)載包括互連線的寄生電容和驅(qū)動的端口的輸入電容。在工藝制程不斷演進(jìn)，互連線尺寸逐步縮小的情況下，互連線的布線更密集，寄生電容更大，大量的互連線寄生電容由于還未完成物理布線，在設(shè)計早期無法被預(yù)估并計算到翻轉(zhuǎn)功耗中，尤其是對于寄存器傳輸級以門級網(wǎng)表的邏輯連接為基礎(chǔ)來估計功耗時，會根據(jù)寄存器時鐘源點(diǎn)預(yù)先估算時鐘樹標(biāo)準(zhǔn)單元種類及個數(shù)，用于生成時鐘樹的標(biāo)準(zhǔn)單元的翻轉(zhuǎn)頻率高，互連線遍布整個芯片，容易出現(xiàn)長線問題，而在未完成布線前都將無法考慮，進(jìn)而帶來更大的互連線寄生電容充放電功耗的忽視。

3、現(xiàn)有技術(shù)情況

4、1、互連線負(fù)載模型

5、針對互連線的功耗無法在設(shè)計初期考慮的問題，研究人員開發(fā)了互連線負(fù)載模型，通過仿真等手段建立針對互連線的電容、電阻模型，用于動態(tài)功耗計算時，我們更關(guān)注其電容部分。互連線電容負(fù)載模型給出單位長度的電容值，根據(jù)輸出端口驅(qū)動的負(fù)載個數(shù)即扇出值來估計互連線的長度，建立了扇出-線長的一維查找表，在扇出范圍內(nèi)的值可以直接查表所得，不在范圍內(nèi)的扇出值可以根據(jù)給定的斜率值和表中已有值進(jìn)行插值計算，從而估算得到線長值，再根據(jù)單位長度的電容值進(jìn)行乘積，得到估算的電容值。通常來說，互連線的電容負(fù)載模型會提供多個來提供不同的悲觀度用于預(yù)估，但僅用扇出值不足以反映互連線的線長，也難以準(zhǔn)確計算互連線電容。在開源45納米工藝下，實(shí)驗(yàn)用互連線的電容負(fù)載模型預(yù)估的互連線電容與布線后使用寄生參數(shù)提取到的互連線電容誤差值可高達(dá)50%以上。

6、互連線負(fù)載模型在較老工藝節(jié)點(diǎn)常用，其根據(jù)扇出使用線性插值估算寄生電容，模型估算電容值較為樂觀，且對于實(shí)際物理設(shè)計中相同扇出但實(shí)際長度不同的互連線會給出相同的寄生電容值，無法感知電路設(shè)計的物理特征，這限制了模型的準(zhǔn)確性；另外，在先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)下，往往使用零線負(fù)載模型做初版迭代，這會導(dǎo)致早期設(shè)計過于樂觀，需要增加迭代次數(shù)來滿足功耗約束指標(biāo)，延長了設(shè)計周期，失去了設(shè)計早期較大的功耗優(yōu)化空間。

7、由于互連線負(fù)載模型的誤差較大，在實(shí)際設(shè)計過程中已逐漸被舍棄，取而代之的是零線負(fù)載模型和拓?fù)淠Ｊ健?/p>

8、2、零線負(fù)載模型

9、在數(shù)字電路物理設(shè)計過程中，為了追求芯片的性能、功耗、面積優(yōu)化，在設(shè)計初期將會使用零線負(fù)載模型，即所有互連線在前期以零電容負(fù)載來考慮功耗，后期再進(jìn)行設(shè)計迭代，這延長了設(shè)計周期并失去了在設(shè)計早期較大的功耗優(yōu)化空間。另外，許多芯片有設(shè)計版本迭代，如上一年發(fā)布的芯片，今年的同系列與之有類似的設(shè)計。ansys公司旗下的powerartist功耗分析預(yù)測分析工具（以下簡稱“pa工具”）便利用迭代的設(shè)計數(shù)據(jù)，針對不同的電路類型，如組合邏輯、時序邏輯、時鐘、存儲單元等，計算得出不同電路類型的互連線負(fù)載模型（稱為pace模型，即powerartist?caliberation?and?estimation?model）。pa工具根據(jù)時鐘樹綜合后、版圖生成后的設(shè)計文件，包括網(wǎng)表文件、邏輯庫文件、寄生參數(shù)提取文件，輸出生成針對不同電路類型的扇出-電容模型。pa工具建立pace模型的方法如下：（1）解析版圖后設(shè)計的門級網(wǎng)表。（2）讀入版圖后設(shè)計的寄生參數(shù)提取文件。（3）計算產(chǎn)生pace模型。

10、存在問題：對于pa工具所使用的pace模型而言，該模型根據(jù)電路的類型計算分類定制化的線負(fù)載模型，其模型的自變量仍然是扇出值，僅這一特征無法準(zhǔn)確反映各互連線的物理差異，也無法計算出差異化的準(zhǔn)確電容值，對于處于相同電路類型內(nèi)的互連線估算電容時使用的函數(shù)相同，該模型在對設(shè)計的物理特征感知上有所欠缺。另外，該模型缺乏泛化性，需要同一設(shè)計的迭代才能給出一個適用的電路種類定制化的互連線負(fù)載模型。

11、3、拓?fù)淠Ｊ?/p>

12、將數(shù)字電路設(shè)計從寄存器傳輸級代碼轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)單元的邏輯連接網(wǎng)表的過程稱為綜合。一般使用synopsys公司旗下的design?compiler工具（以下簡稱“dc工具”）。過去，線負(fù)載模型還較為有效的時候，在綜合過程中會使用dc工具的線負(fù)載模式?，F(xiàn)如今，由于線負(fù)載模型已經(jīng)產(chǎn)生了較大的誤差，已經(jīng)不再使用dc工具的線負(fù)載模式，取而代之的是dc工具的拓?fù)淠Ｊ?。dc工具使用synopsys公司物理實(shí)現(xiàn)策略即虛擬布局布線來生成一個電路的虛擬版圖，再通過線長和對應(yīng)的線長-電容查找表文件獲取真實(shí)的互連線電容值。dc工具使用拓?fù)淠Ｊ接嬎慊ミB線寄生電容的方法如下：（1）輸入設(shè)計網(wǎng)表、約束文件、邏輯庫、物理庫等。（2）使用拓?fù)淠Ｊ较碌膁c工具進(jìn)行綜合。（3）寫出spef（standard?parasitic?exchangeformat，標(biāo)準(zhǔn)寄生交換格式）格式的寄生參數(shù)文件獲取互連線電容值。

13、dc工具可以使用拓?fù)淠Ｊ綄拇嫫鱾鬏敿壘W(wǎng)表進(jìn)行綜合得到虛擬版圖并給出預(yù)估的互連線寄生電容。這種模式存在一些問題，第一，自動布局布線的實(shí)現(xiàn)過程極為耗時，尤其是布線階段，在標(biāo)準(zhǔn)的物理實(shí)現(xiàn)自動布局布線階段，工具需要時刻檢查物理設(shè)計約束，工具的拓?fù)淠Ｊ绞菍ψ詣硬季植季€過程的簡化，可省略對物理設(shè)計約束的檢查，但對于超大規(guī)模集成電路僅布局和生成走線一樣耗時且難以處理；第二，這種虛擬版圖一定會與實(shí)際物理綜合后得到的結(jié)果存在較大差異，首先，正如第一條所述，物理設(shè)計約束貫穿整個自動布局布線階段，而虛擬版圖的生成可選是否考慮這些約束，虛擬布線時考慮的因素會與真實(shí)布線時存在較大差異，難以保證生成的互連線電容與真實(shí)物理實(shí)現(xiàn)后的結(jié)果有很好的一致性，其次，虛擬布局引擎的算法差異、布圖規(guī)劃階段知識產(chǎn)權(quán)電路設(shè)計模塊的手動擺放差異也會導(dǎo)致虛擬布局的標(biāo)準(zhǔn)單元擺放結(jié)果會有很大的不同；第三，dc工具使用拓?fù)淠Ｊ降妮斎氤顺Ｒ姷木C合所需的輸入文件外，還需要額外提供物理庫和物理約束文件，物理庫格式是synopsys公司獨(dú)有的milkyway格式文件，建庫較為困難，另外，諸如布圖規(guī)劃約束的物理約束文件在設(shè)計早期也較難獲得，需要有經(jīng)驗(yàn)豐富的物理設(shè)計工程師提供較為準(zhǔn)確的知識產(chǎn)權(quán)電路設(shè)計模塊擺放位置才能保證虛擬版圖和后續(xù)設(shè)計的一致性，這些問題都限制了前端設(shè)計人員更好地使用工具來較早獲得互連線寄生電容和功耗信息。總的來說，工具為設(shè)計者提供了一種設(shè)計的可能性，為設(shè)計者提供了這種設(shè)計的較為準(zhǔn)確的功耗參考，但權(quán)衡交易后的結(jié)果其一是生成虛擬版圖并計算互連線電容的過程較為耗時，其二是生成虛擬版圖的過程缺乏感知設(shè)計者在物理實(shí)現(xiàn)過程中添加的約束，很難做到與設(shè)計者設(shè)計意圖的一致，會導(dǎo)致實(shí)際生成的互連線結(jié)果與真實(shí)物理實(shí)現(xiàn)后的結(jié)果存在較大差異，其三是拓?fù)淠Ｊ降念~外輸入文件復(fù)雜，不具備易用性。

14、隨著工藝制程的演進(jìn)，互連線寄生電容帶來的動態(tài)功耗所占總功耗比例越來越大，已經(jīng)到了不能忽略的地步。在物理設(shè)計早期預(yù)估電路的功耗十分關(guān)鍵，尤其是對于低功耗設(shè)計。在預(yù)布局階段，標(biāo)準(zhǔn)單元及各種電路模塊已經(jīng)粗略擺放完成，但連線尚未完成，因此難以確定互連線寄生電容，且布線工作需要花費(fèi)大量時間，在設(shè)計更早的階段預(yù)估功耗有助于快速設(shè)計迭代。在預(yù)布局階段未連線的情況下，為了能夠快速精確計算互連線帶來的動態(tài)功耗，縮小與布線后功耗的差距，滿足設(shè)計的功耗指標(biāo)，需要一種預(yù)估互連線寄生電容的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，本技術(shù)的目的在于能夠在預(yù)布局階段根據(jù)互連線物理特征預(yù)估較為精確的互連線寄生電容信息。

2、本發(fā)明技術(shù)方案：

3、一種預(yù)布局階段基于集成學(xué)習(xí)的寄生電容預(yù)估方法，包括以下步驟：

4、s1，提取電路原始數(shù)據(jù)并計算互連線物理特征，包括：

5、分別對處于預(yù)布局階段的當(dāng)前設(shè)計和已完成版圖設(shè)計的已有設(shè)計

6、（1）提取與互連線相關(guān)的原始數(shù)據(jù)。

7、（2）對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計算得到互連線物理特征數(shù)據(jù)。

8、從當(dāng)前設(shè)計提取處理的互連線物理特征數(shù)據(jù)用于s4進(jìn)行預(yù)測，從已有設(shè)計提取處理的互連線物理特征數(shù)據(jù)用于s2建立互連線的特征-電容標(biāo)簽監(jiān)督訓(xùn)練數(shù)據(jù)集及s3訓(xùn)練模型。

9、s2，建立互連線的特征-電容標(biāo)簽監(jiān)督訓(xùn)練數(shù)據(jù)集；

10、提取已有設(shè)計各互連線的電容值；互連線電容作為標(biāo)簽與s1已有設(shè)計的互連線物理特征數(shù)據(jù)組成監(jiān)督訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。

11、s3，訓(xùn)練互連線寄生電容預(yù)測模型：使用s2建立的互連線特征-電容監(jiān)督數(shù)據(jù)集作為互連線寄生電容預(yù)測模型的輸入進(jìn)行模型訓(xùn)練，得到互連線寄生電容預(yù)測模型。

12、s4，訓(xùn)練階段結(jié)束后，進(jìn)入預(yù)測階段，以當(dāng)前設(shè)計預(yù)布局階段的互連線物理特征作為互連線寄生電容預(yù)測模型的輸入，得到預(yù)測寄生電容。

13、有益效果

14、本發(fā)明優(yōu)選互連線物理特征，通過對互連線物理特征相關(guān)信息建立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提取已有設(shè)計的互連線物理特征和電容值信息，建立互連線的特征-電容標(biāo)簽監(jiān)督訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，訓(xùn)練得到能夠預(yù)測互連線電容值的隨機(jī)森林模型，使得在確定互連線電容預(yù)測模型后，后續(xù)對于相同工藝的新設(shè)計的互連線電容計算步驟僅需要依賴在預(yù)布局階段給出的例化單元的位置信息，根據(jù)互連線的邏輯連接關(guān)系就能得到互連線的物理特征并預(yù)測得到互連線的電容值。

15、本發(fā)明方法用于計算電路的動態(tài)功耗，有助于提升物理設(shè)計早期電路功耗計算的準(zhǔn)確性，彌補(bǔ)了互連線負(fù)載模型缺乏物理感知以及在先進(jìn)工藝下缺失需要多次設(shè)計迭代以滿足功耗約束的缺點(diǎn)。

16、互連線電容預(yù)測模型可以在電路設(shè)計工作前訓(xùn)練產(chǎn)生，加快了設(shè)計周期。

17、本發(fā)明方法需要的輸入文件通用且簡單易讀，模型能快速從特征輸入映射到電容值，無需布線操作就能在物理設(shè)計早期獲得互連線的預(yù)測電容值，方法簡單易用，且預(yù)布局信息與設(shè)計最終結(jié)果有較高一致性。

18、與現(xiàn)有方法相比，針對零線負(fù)載模型和拓?fù)淠Ｊ降娜秉c(diǎn)，本發(fā)明使用了多個電路物理特征，提高了模型準(zhǔn)確性；本發(fā)明的模型可以在電路設(shè)計工作前訓(xùn)練產(chǎn)生，具有較高的泛化性，無需進(jìn)行設(shè)計迭代，加快了設(shè)計周期。

19、針對拓?fù)淠Ｊ椒桨傅娜秉c(diǎn)，本發(fā)明的模型從特征到預(yù)測電容值的映射非?？焖伲瑹o需進(jìn)行虛擬布局布線，加快了設(shè)計周期；本發(fā)明提取的物理特征來源于電路物理設(shè)計過程中的預(yù)布局結(jié)果，與實(shí)際版圖結(jié)果的一致性較高；本發(fā)明使用的物理庫格式簡單易讀，消除了拓?fù)淠Ｊ椒桨甘褂脮r的繁瑣建庫步驟。