ASIC设计ASIC设计流程

Posted 2022-03-30 fpga&matlab

项目策划
形成项目任务书(项目进度，周期管理等)。
流程：【市场需求--调研--可行性研究--论证--决策--任务书】。
 
系统说明及行为描述
    确定设计对象和目标，进一步明确芯片功能、内外部性能要求，参数指标,论证各种可行方案，选择最佳方式，加工厂家，工艺水准。系统说明是芯片设计到逻辑和布局的第一步。它是在设计付诸实践之前来进行的，抽象地描述了被设计的数字电路的功能、端口以及整体的结构。然后根据系统说明进行行为描述来分析电路设计的功能、性能、服从的标准以及其它高级问题
 
RTL描述
首先，设计者需要制定所要设计数字电路的工作流程或结构框图，然后把整个任务划分为几个模块，分模块建模，采用HDL语言进行结构设计。
工具：UltraEdit，vi
 
代码调试
对设计输入的文件做代码调试，语法检查。
工具: Debussy。
前仿真
功能仿真.
工具: Mentor公司的ModelSim、Synopsys公司的VCS和VSS、Aldec公司的Active、Cadense公司的NCsim.
 
逻辑综合
逻辑综合是将逻辑级的行为描述转换成逻辑级的结构描述，即逻辑门级网表。逻辑级的行为描述可以是状态转移图、有限状态机，也可以是布尔方程、真值表或硬件描述语言。逻辑综合过程还包括一些优化步骤，如资源共享、连接优化和时钟分配等。优化目标是面积最小，速度最快，功耗最低或他们之间的某种折衷。
工具: 有Mentor公司的LeonardoSpectrum、Synopsys公司的DC、Synplicity公司的Synplify。
 
前端结束
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数据准备。对于 CDN 的 Silicon Ensemble而言后端设计所需的数据主要有是Foundry厂提供的标准单元、宏单元和I/O Pad的库文件，它包括物理库、时序库及网表库，分别以.lef、.tlf和.v的形式给出。前端的芯片设计经过综合后生成的门级网表，具有时序约束和时钟定义的脚本文件和由此产生的.gcf约束文件以及定义电源Pad的DEF（Design Exchange Format）文件。(对synopsys的Astro 而言，经过综合后生成的门级网表，时序约束文件 SDC 是一样的,Pad的定义文件--tdf,.tf文件technology file,Foundry厂提供的标准单元、宏单元和I/O Pad的库文件就与FRAM, CELL view, LM view 形式给出(Milkway参考库 and DB, LIB file)
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进入后端
 
布局和布线 (floorplan and routing)
物理综合也称版图综合(LAYOUTSYNTHESIS)，它的任务是将门级网表自动转换成版图，即完成布图。布图规划(FLOORPLAN)是对设计进行物理划分，同时对设计的布局进行规划和分析。
在这个过程中：
布局规划。主要是标准单元、I/O Pad和宏单元的布局。I/O Pad预先给出了位置，而宏单元则根据时序要求进行摆放，标准单元则是给出了一定的区域由工具自动摆放。布局规划后，芯片的大小，Core的面积，Row的形式、电源及地线的Ring和Strip都确定下来了。如果必要在自动放置标准单元和宏单元之后，你可以先做一次PNA(power network analysis）--IR drop and EM.
Placement -自动放置标准单元。布局规划后，宏单元、I/O Pad的位置和放置标准单元的区域都已确定，这些信息SE（Silicon Ensemble）会通过DEF文件传递给PC(Physical Compiler),PC根据由综合给出的.DB文件获得网表和时序约束信息进行自动放置标准单元，同时进行时序检查和单元放置优化。如果你用的是PC +Astro那你可用write_milkway, read_milkway  传递数据。
时钟树生成(CTS Clock tree synthesis) 。芯片中的时钟网络要驱动电路中所有的时序单元，所以时钟源端门单元带载很多，其负载延时很大并且不平衡，需要插入缓冲器减小负载和平衡延时。时钟网络及其上的缓冲器构成了时钟树。一般要反复几次才可以做出一个比较理想的时钟树。---Clock skew.
STA 静态时序分析和后仿真。时钟树插入后，每个单元的位置都确定下来了，工具可以提出Global Route形式的连线寄生参数，此时对延时参数的提取就比较准确了。SE把.V和.SDF文件传递给PrimeTime做静态时序分析。确认没有时序违规后，将这来两个文件传递给前端人员做后仿真。对Astro 而言，在detail routing 之后,用starRC XT参数提取，生成的E.V和.SDF文件传递给PrimeTime做静态时序分析，那将会更准确。
ECO(Engineering Change Order)。针对静态时序分析和后仿真中出现的问题，对电路和单元布局进行小范围的改动.
Filler的插入(pad fliier, cell filler)。Filler指的是标准单元库和I/O Pad库中定义的与逻辑无关的填充物，用来填充标准单元和标准单元之间，I/O Pad和I/O Pad之间的间隙，它主要是把扩散层连接起来，满足DRC规则和设计需要。
布线(Routing)。Global route-- Track assign --Detail routing--Routing optimization 布线是指在满足工艺规则和布线层数限制、线宽、线间距限制和各线网可靠绝缘的电性能约束的条件下，根据电路的连接关系将各单元和I/O Pad用互连线连接起来，这些是在时序驱动(Timing driven ) 的条件下进行的，保证关键时序路径上的连线长度能够最小。--Timing report clear
DRC和LVS
DRC是对芯片版图中的各层物理图形进行设计规则检查(spacing,width)，它也包括天线效应的检查，以确保芯片正常流片。LVS主要是将版图和电路网表进行比较，来保证流片出来的版图电路和实际需要的电路一致。
工具Synopsyhercules/ mentor calibre/ CDN Dracula进行的.Astro also include LVS/DRC check commands
 
Tape out
在所有检查和验证都正确无误的情况下把最后的版图GDSⅡ文件传递给Foundry厂进行掩膜制造
 
Formality
     任何时候对一个电路设计进行了改动之后，都可以使用Formaliyt来验证这种改动是否影响或者改变了该设计的逻辑功能。如果证实了改动后的设计和源设计是等价的之后，就可以把修改后的设计作为下一次验证时的“源设计”。由于结构相似的设计所需要的比较时间较短，这样也就节省了花费在验证上的时间。