Логический и топологический синтез СБИС: задачи, этапы и методы

Логический синтез СБИС преобразует функциональное описание цифрового устройства в логическую сеть требуемой функции и оптимизирует её по выбранным критериям. Он включает, в частности, двух- и многоуровневую оптимизацию и привязку полученной сети к технологической библиотеке элементов.1

Топологический, или физический, синтез размещает уже выбранные логические элементы и соединения на кристалле. К основным этапам относятся разбиение, размещение и трассировка, после чего выполняется проверка топологии.1

Что важно запомнить
  • Логический синтез отвечает за функционально эквивалентную структуру логической сети.
  • Technology mapping заменяет абстрактные операции реальными элементами выбранной библиотеки.1
  • Физический этап включает разбиение, размещение модулей и трассировку соединений.
  • После получения топологии выполняют проверки соответствия проектным правилам и исходной логической схеме.
  • Оптимизация на разных уровнях использует разные критерии: размер/площадь, задержку, энергопотребление, длину и трассируемость соединений.

От спецификации к логической сети

Проектирование цифровой СБИС начинается со спецификации и функционального описания. На логическом уровне поведение представляют сетью вентилей или другой дискретной схемной моделью. Задача логического синтеза — получить функционально эквивалентную сеть с приемлемой сложностью, задержкой и другими параметрами.1

В двухуровневом синтезе естественной моделью служат ДНФ и ПЛМ. В многоуровневом синтезе используются более общие логические сети, их декомпозиция и повторное использование общих подфункций.

Привязка к технологической библиотеке

Абстрактные логические операции нельзя непосредственно изготовить. Поэтому выполняется technology mapping: сеть покрывают реальными ячейками из технологической библиотеки, для которых известны функциональность и физические параметры.1

Топологический синтез

После фиксации элементов решаются геометрические задачи. Разбиение группирует части большой схемы. Размещение назначает физические позиции ячейкам и модулям. Трассировка строит соединения между ними с учётом доступных слоёв и технологических ограничений. Кафедральная программа рассматривает именно эту последовательность как центральный блок физического проектирования.1

Верификация

Физическая реализация должна удовлетворять технологическим правилам и сохранять исходную логическую функцию. Поэтому после топологического этапа применяют, в частности, DRC для проверки правил проектирования и LVS для сопоставления топологии с электрической схемой. Упрощённый маршрут курса ведёт от спецификации через логическое и физическое проектирование к проверке топологии, изготовлению и финальному тестированию.2

Пример простыми словами

Например, абстрактную сеть из операций ∧ и ∨ сначала оптимизируют на логическом уровне. Затем technology mapping заменяет подходящий фрагмент на реальную ячейку NAND2 из технологической библиотеки. После этого placement назначает ячейке место на кристалле, routing строит соединения, DRC проверяет технологические правила, а LVS — соответствие полученной топологии исходной электрической схеме.

Частые ошибки
  • Называть размещение и трассировку логическим синтезом. Это физические, или топологические, задачи.
  • Считать technology mapping простым переименованием вентилей. Оно выбирает реализацию в конкретной библиотеке с её параметрами и ограничениями.

Другие вопросы

Источники

  1. 1 Кафедра математической кибернетики ВМК МГУ. Математические модели и методы синтеза СБИС Программа курса. Разделы: логический синтез, привязка к технологической библиотеке, разбиение, размещение и трассировка
  2. 2 Кафедра математической кибернетики ВМК МГУ. Основы проектирования цифровых интегральных схем Материалы курса «Основы кибернетики», 2017 г. Уровни абстракции, упрощённый маршрут проектирования и проверки DRC/LVS