超大规模集成电路混合模式布局算法研究和系统设计

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随着超大规模集成电路(VeryLargeScaleIntegratedcircuit,VLSI)工艺的发展,系统芯片(SystemOnaChip,SOC)设计技术越来越成为研究的热点,由此带来了标准单元背景下的混合模式布局(MixedModePlacement,MMP)问题,对现有的布局工具提出了新的挑战。 针对混合模式布局中电路规模大、电路单元类型复杂以及电路组成多样性的特点,本文在调研了现有布局算法并深入分析现有布局理论的基础上,做了以下具有创新性的工作: ●提出了递归结合布图规划(floorplanning)和单元布局(placement)技术的混合模式布局算法EMMP。该算法基于递归划分根据电路的特性构造不同构型的虚拟模块树(TreeofVirtualBlock,TVB),并有机结合布图规划和单元布局技术解决了混合模式电路的布局问题,取得了良好的效果。EMMP能够有效针对混合模式布局的特点提出相应的解决方案,从而解决不同类型混合模式电路的布局问题,与现有一些先进的相关算法进行比较的实验数据表明,EMMP在线长方面有较大的改善,并且在降低运行时间方面也具有相当的优势。 ●提出了基于直角多边形形状优化的布图规划算法RSF。该算法以线长最小化为目标,通过在位置优化过程中对虚拟模块进行无重叠的直角多边形变形来实现虚拟模块的形状优化,形状优化过程是基于模块填装过程中的空白区分配算法和引脚分配算法,并以降低线网在半周长(halfperimeter)模式下的线长下限为其主要理论依据。实验结果表明RSF算法能够取得线长更小的布图规划结果,并且应用于混合模式布局算法中能够进一步减小布局的总线长。 ●提出了直角多边形布图区域内的基于二次规划的单元布局算法DPRR。该算法采用圆盘划分和动态划分策略解决了在直角多边形布图区域内进行单元布局的问题,提高了标准单元模式布局的质量。实验结果表明DPRR应用于混合模式布局中能够进一步提高整体的布局质量。 ●提出了基于单元规则排列的Data-Path布局算法DPP。该算法提出不规则度(irregularitydegree)的概念来衡量单元的规则性并进行规则单元的提取,然后根据提取结果进行布局。实验结果表明:DPP算法能够有效的提取Data-Path电路中的规则单元并重组其规则性,得到的布局结果能够有效的实现规则单元的规则排列,从而在时延平衡性(timingbalance)方面具有比一般布局算法更为优越的性能。 ●基于上述算法,论文构造了一个完整的超大规模集成电路混合模式自动布局系统EMMPS,并取得良好的实验结果。 本文的目的是解决混合模式布局问题,因此有很强的针对性,整个研究成果和系统获得资助方美国Intel公司“worldclassquality”的高度评价。同时,本文提出的算法和策略也可作为其他布局算法的借鉴。
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