Автоматизация проектирования БИС. В. 6 кн.: А 22 Практ. пособие. Кн. 4. Г. Г. Казенное, В. М. Щемелинин. Топологическое проектирование нерегулярных БИС/Под ред. Г. Г. Казеннова. — М.: Высш. шк., 1990. — ПО с: ил.



В книге рассматриваются проблемы синтеза топологии БИС. описываются модели топологии, задачи синтеза, методы и алгоритмы решения, излагаются методы проектирования топологии на основе графовых моделей и плоских укладок циклических структур, даются основные типы САПР, используемые при проектировании заказных БИС.
При проектировании БИС синтез ее топологии является одной из наиболее сложных проблем. Под синтезом топологии микросхемы (ИС) понимают построение аналога электрической схемы в физической структуре кристалла, оптимального по совокупности заданных критериев качества проекта в соответствии с конструкторско- технологическими ограничениями. Важнейшими критериями, подлежащими минимизации в процессе проектирования ИС, являются площадь кристалла, длина соединений, число переходов из одного коммутационного слоя в другой, равномерность распределения соединений внутри слоя и др. Совокупность значений этих критериев с некоторым уточнением их состава в различных условиях определяет эффективность использования коммутационных ресурсов кристалла, влияет на выход годных схем и расход кремния, быстродействие и простоту рисунка топологии ИС, равномерность нагрева и надежность изготовленной БИС. Среди конструкторско-технологических выделим ограничения на допустимые размеры отдельных частей топологии и расстояния между ними, форму и расположение областей размещения элементов и соединений, правила построения геометрии элементов, расположение контактных площадок на периферии кристалла.
Для описания объекта проектирования необходимо большое количество данных. Если оценивать информационную сложность БИС числом угловых точек всех ее геометрических примитивов, то для современных схем это число будет находиться в диапазоне 105—107. При этом минимальные размеры частей топологии составляют 2— 3 мкм, а площадь кристалла — 20—100 мм2. Следует, однако, заметить, что понятие информационной сложности должно быть уточнено с учетом регулярности объекта. Обычно любая схема содержит в своем составе части, получаемые простым повторением некоторого элемента, например его преобразованием в матрицу. Одним из примеров такого преобразования является матрица накопителя ОЗУ, построенная на основе базовой ячейки. Поскольку проектирование регулярной части схемы намного проще, чем нерегулярной, при определении информационной сложности объекта должны быть введены поправочные коэффициенты, учитывающие его регулярность. Кроме того, возможно использование базовых кристаллов. В этом случае почти вся структура ИС проектируется заранее для целого класса схем. Области размещения элементов, соединений фиксируются предварительно. При формировании конкретной ИС ее топологию получают построением соединений элементов и межэлементных соединений на заданной конструкции базового кристалла. Такие схемы (вентильные матрицы), размеры кристалла которых заранее фиксированы, часто называют полузаказными.
При проектировании заказных БИС размеры и структура кристалла не задаются. Наименьшая необходимая площадь кристалла, его размеры и точное расположение областей, занятых элементами и соединениями, определяются в процессе синтеза топологии ИС. В состав заказных БИС, однако, могут входить регулярные части. Следует отметить, что эти термины не являются вполне установившимися, поэтому авторы предпочли использование терминов «нерегулярные» и «регулярные» БИС в книгах 4 и 5 данной серии. Отдельное рассмотрение регулярных и нерегулярных БИС объясняется различными подходами к проектированию и разным уровнем автоматизации этого процесса. В данной книге анализируются нерегулярные схемы.
Проектирование нерегулярных схем требует больших затрат. Разработку кристалла микропроцессора осуществляет группа специалистов в течение нескольких лет. На разработку семейства 8086 фирмы Intel в течение двух лет затрачено 5—10 млн. долларов [3]. В нерегулярных схемах приходится индивидуально проектировать схемные компоненты. По данным, приведенным в [3], один чертежник-тополог в среднем размещает 5—10 компонентов в день.
Методологической основой САПР топологии является сочетание автоматических средств проектирования с интерактивными, а также иерархичность представления объекта и процесса проектирования.
Наиболее распространенными системами интерактивного проектирования являются графические станции типа «Кулон» [4], оснащенные программными и техническими средствами оперативного взаимодействия пользователя с ЭВМ. С помощью графического редактора в операционной системе ИГС «Кулон» возможно проектирование топологии микросхемы на уровне графических примитивов и создаваемой библиотеки элементов и фрагментов ИС. Однако уровень автоматизации этого процесса относительно низок, что ограничивает сложность объекта и требует постоянного контроля из-за возможных ошибок пользователя. Поэтому на различных предприятиях применяют собственные маршруты проектирования, сочетающие возможности ИГС «Кулон» с пакетами прикладных программ (ППП), позволяющими автоматизировать ряд сложных задач синтеза топологии БИС. Не анализируются также методы контроля и проектирования фотошаблонов, так как они хорошо изучены и описаны. Некоторые из них составляют часть стандартного математического обеспечения системы «Кулон».
Помимо описания математических моделей и методов решения основных задач синтеза (гл. 1—3) в данной книге сделана попытка отразить мало освещенные в литературе методы синтеза эскиза (гл. 4) и автоматического синтеза топологии БИС (гл. 5).