VLSI设计方法和工具的发展
发布时间:2008/5/28 0:00:00 访问次数:680
吴晓洁1 于宗光2 唐 伟3 |
(1．无锡机械控股集团工程成套有限公司，江苏 无锡 214001；2．中国电子科技集团公司第58研究所，江苏 无锡 214035；3．世宏科技(苏州)有限公司) |
摘 要：本文回顾了模拟和数字集成电路设计eda工具的发展历程，详细地分析了数字电路设计流程，指出在当前深亚微米集成电路设计中存在的问题及eda工具发展动向。
关键词：深亚微米；eda工具；数字模拟电路 中图分类号：tn402 文献标识码：a 1 数字集成电路eda的发展历程 回顾40多年来集成电路设计自动化eda系统的发展，大致可以分为三个阶段： 70年代的第一代eda成为计算机辅助设计cad系统，他以交互式图形编辑设计规则为特点，硬件采用16位小型机。那时的逻辑图输入、逻辑模拟、电路模拟、版图设计及版图验证是分别进行的，人们需要对两者的结果进行多次的比较和修改才能得到正确的设计。第一代cad系统的引入使设计人员摆脱繁锁、容易出错的手工画图的传统方法，大大提高了效率，因而得到了迅速的推广。但是它仍然不能够适应规模较大的设计项目，而且设计周期长、费用高。有时在投片以后发现原设计存在错误，不得不返工修改，其代价是昂贵的。 80年代出现了第二代eda系统，常称为计算机辅助工程cae系统。它以32位工作站为硬件平台。集逻辑图输入、逻辑模拟、测试码生成、电路模拟，版图输入、版图验证等工具于一体，构成了一个较完整的设计系统。工程师以输入线路的方式开始设计集成电路，并在工作站上完成全部设计工作。它不仅有设计全定制电路的版图编辑工具，还包括门阵列、标准单元的自动设计工具和具有经过制造验证的、针对不同工艺的单元库。对于门阵列、标准单元等电路，系统可完成自动布局、自动布线功能，因而大大减轻了设计版图的工作量。在cae系统中，更重要的是引入了版图与电路之间的一致性检查工具。此工具对版图进行版图参数提取(lpe)得到相应的电路图，并将此电路图与设计所依据的原电路图进行比较，从而可发现设计是否有错。同时还将lpe得到的版图寄生参数引入电路图，作一次电路模拟(通常称这一次电路模拟为“后模拟”)，以进一步检查电路的时序关系和速度(在引入这些寄生参数后)是否仍符合原来设计要求。尽管这些功能的引入保证一次投片成功率，但是一致性检查和“后模拟”仍是在设计的最后阶段才加以实施的，因而如果一旦发现错误，还需修改版图或修改电路，仍然要付出相当大的代价。 90年代，芯片的复杂程度愈来愈高，数万门及数十万门的电路设计需要越来越多。单是靠原理图输入方式已经不堪忍受，采用硬件描述语言hdl的设计方式就应运而生，设计工作从行为级、功能级开始，eda向设计的高层次发展。这样就出现了第三代eda系统，其特点是高层次设计的自动化。在第三代eda系统中，引入了硬件描述语言，一般采用两种语言即vhdl和veriloghdl语言。此外，引入了行为综合和逻辑综合工具。采用较高的抽象层次进行设计，并按照层次式方法进行管理，大大提高处理复杂设计的能力，设计所需的周期也大幅度的缩短，综合优化工具的采用使芯片的品质如面积、速度、功耗等获得了优化，因而第三代eda系统迅速得到了推广应用。硬件描述语言的优点极其突出。如对一个32位的加法器，利用图形输入软件需要500到1000个门，工作量庞大，而利用hdl语言只需写一行“a＜=b+c”既可。此外hdl语言的可读性强，易于修改和发现错误。高层次设计阶段与具体生产技术是无关的。亦即与工艺无关。一个hdl原码可以通过逻辑综合工具综合成为一个现场可编程门阵列，既fpga电路，也可综合成某一工艺所支持的专用集成电路，即asic电路。hdl原码对于fpga和asic是完全——样的，仅需要更换不同的库重新进行综合。此外，由于工艺技术的进步，需要采用更先进的工艺时，如认1μm技术到0．8μm技术时，电可利用原来所书写的hdl原码。由于采用了高层次没计自动化，可使设计者在正式投片之前多次改换电路的结构，从而选出最佳方案。 原有的cad设计系统是以软件工具为核心的，新一代系统是一个统一的、协同的、集成化的、以数据库为核心的系统。它具有面向目标的各种数据模型及数据管理系统，有一致性较好的用户界面系统，有采用图例(diagram)的设计管理环境和设计管理系统。其主要特点如下： (1)真正具有自动化设计能力，能实现电路高层次的综合和优化。用户只要给出电路大性能指标要求，eda系统就能够对电路结构和参数进行自动化的综合，寻找最佳设计方案，通过自动布局布线功能将电路直接形成集成电路的版图，并对版图的面积以及电路的延迟特性进行优化。
(2)统一的数据库。数据库中存储了所有的、各种设计视窗(designview)
吴晓洁1 于宗光2 唐 伟3 | (1．无锡机械控股集团工程成套有限公司，江苏 无锡 214001；2．中国电子科技集团公司第58研究所，江苏 无锡 214035；3．世宏科技(苏州)有限公司) |
摘 要：本文回顾了模拟和数字集成电路设计eda工具的发展历程，详细地分析了数字电路设计流程，指出在当前深亚微米集成电路设计中存在的问题及eda工具发展动向。
关键词：深亚微米；eda工具；数字模拟电路 中图分类号：tn402 文献标识码：a 1 数字集成电路eda的发展历程 回顾40多年来集成电路设计自动化eda系统的发展，大致可以分为三个阶段： 70年代的第一代eda成为计算机辅助设计cad系统，他以交互式图形编辑设计规则为特点，硬件采用16位小型机。那时的逻辑图输入、逻辑模拟、电路模拟、版图设计及版图验证是分别进行的，人们需要对两者的结果进行多次的比较和修改才能得到正确的设计。第一代cad系统的引入使设计人员摆脱繁锁、容易出错的手工画图的传统方法，大大提高了效率，因而得到了迅速的推广。但是它仍然不能够适应规模较大的设计项目，而且设计周期长、费用高。有时在投片以后发现原设计存在错误，不得不返工修改，其代价是昂贵的。 80年代出现了第二代eda系统，常称为计算机辅助工程cae系统。它以32位工作站为硬件平台。集逻辑图输入、逻辑模拟、测试码生成、电路模拟，版图输入、版图验证等工具于一体，构成了一个较完整的设计系统。工程师以输入线路的方式开始设计集成电路，并在工作站上完成全部设计工作。它不仅有设计全定制电路的版图编辑工具，还包括门阵列、标准单元的自动设计工具和具有经过制造验证的、针对不同工艺的单元库。对于门阵列、标准单元等电路，系统可完成自动布局、自动布线功能，因而大大减轻了设计版图的工作量。在cae系统中，更重要的是引入了版图与电路之间的一致性检查工具。此工具对版图进行版图参数提取(lpe)得到相应的电路图，并将此电路图与设计所依据的原电路图进行比较，从而可发现设计是否有错。同时还将lpe得到的版图寄生参数引入电路图，作一次电路模拟(通常称这一次电路模拟为“后模拟”)，以进一步检查电路的时序关系和速度(在引入这些寄生参数后)是否仍符合原来设计要求。尽管这些功能的引入保证一次投片成功率，但是一致性检查和“后模拟”仍是在设计的最后阶段才加以实施的，因而如果一旦发现错误，还需修改版图或修改电路，仍然要付出相当大的代价。 90年代，芯片的复杂程度愈来愈高，数万门及数十万门的电路设计需要越来越多。单是靠原理图输入方式已经不堪忍受，采用硬件描述语言hdl的设计方式就应运而生，设计工作从行为级、功能级开始，eda向设计的高层次发展。这样就出现了第三代eda系统，其特点是高层次设计的自动化。在第三代eda系统中，引入了硬件描述语言，一般采用两种语言即vhdl和veriloghdl语言。此外，引入了行为综合和逻辑综合工具。采用较高的抽象层次进行设计，并按照层次式方法进行管理，大大提高处理复杂设计的能力，设计所需的周期也大幅度的缩短，综合优化工具的采用使芯片的品质如面积、速度、功耗等获得了优化，因而第三代eda系统迅速得到了推广应用。硬件描述语言的优点极其突出。如对一个32位的加法器，利用图形输入软件需要500到1000个门，工作量庞大，而利用hdl语言只需写一行“a＜=b+c”既可。此外hdl语言的可读性强，易于修改和发现错误。高层次设计阶段与具体生产技术是无关的。亦即与工艺无关。一个hdl原码可以通过逻辑综合工具综合成为一个现场可编程门阵列，既fpga电路，也可综合成某一工艺所支持的专用集成电路，即asic电路。hdl原码对于fpga和asic是完全——样的，仅需要更换不同的库重新进行综合。此外，由于工艺技术的进步，需要采用更先进的工艺时，如认1μm技术到0．8μm技术时，电可利用原来所书写的hdl原码。由于采用了高层次没计自动化，可使设计者在正式投片之前多次改换电路的结构，从而选出最佳方案。 原有的cad设计系统是以软件工具为核心的，新一代系统是一个统一的、协同的、集成化的、以数据库为核心的系统。它具有面向目标的各种数据模型及数据管理系统，有一致性较好的用户界面系统，有采用图例(diagram)的设计管理环境和设计管理系统。其主要特点如下： (1)真正具有自动化设计能力，能实现电路高层次的综合和优化。用户只要给出电路大性能指标要求，eda系统就能够对电路结构和参数进行自动化的综合，寻找最佳设计方案，通过自动布局布线功能将电路直接形成集成电路的版图，并对版图的面积以及电路的延迟特性进行优化。
(2)统一的数据库。数据库中存储了所有的、各种设计视窗(designview)
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