vlsi布图规划2f布局若干算法分析

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1、武汉理1二大学硕士学位论文第一章引言目前，以集成电路为核心的电子信息产业超过了以汽车、石油、钢铁为代表的传统工业成为第一大产业，成为改造和拉动传统产业迈向数字时代的强大引擎和雄厚基石。1999年全球集成电路的销售额为1250亿美元，而以集成电路为核心的电子信息产业的世界贸易总额约占世界GNP的3％，现代经济发展的数据表明，每1—2元的集成电路产值，带动了10元左右电子工业产值的形成，进而带动了100元GDP的增长。目前，发达国家国民经济总产值增长部分的65％与集成电路相关；美国国防预算中的电子含量已占据了半壁江山(2001年为43．6％)。预计未来10年内，世界集成电路销售额

2、将以年平均15％的速度增长，2010年将达到6000—8000亿美元。作为当今世界经济竞争的焦点，拥有自主版权的集成电路已日益成为经济发展的命脉、社会进步的基础、国际竞争的筹码和国家安全的保障。1．1集成电路技术的发展1958年，TI开发出全球第一个IC，意味着IC时代的正式开始，这给电子工业界尤其是计算机业带来了巨大变革。集成电路从诞生到现在经历了小规模集成(SSI)，中等规模集成(MSI)，大规模集成(LSI)三个阶段。现在已进入超大规模集成(VLSI)和特大规模集成(ULSI)阶段。1965年，Intel公司的GordonMoore博士提出了著名的Moore’SLaws

3、(摩尔定律)，即集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，当价格不变时；或者说，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18个月翻两倍以上。这些年来，IC产品集成度不断提升正是遵循着这个规律。从2008年国际半导体技术发展路线图可以知道，几十年来，半导体工业最明显的特征是它的产品的更新换代速度非常迅速。大部分的改进和提高都用一个重要的特征来体现，即：集成电路的最小尺寸不断地呈指数性的迅速缩小。重要的几种改进趋势的典型范例如表1．1所示：武汉理工大学硕士学位论文表I．I特征尺寸缩小带来的IC改进趋势趋势范例集成度元件数府片，摩尔定律成本单位功能的成本

4、速度微处理器吞吐率功耗笔记本电脑或手机电池寿命小巧紧凑小型和轻型产品功能非易失性存储器，图像处理器传统上看，国际半导体技术发展线路图主要专注于CMOS技术的按比例缩小。从2001年开始，对CMOS工艺按比例缩小的最乐观估计也有很大困难，如MOS管的沟道长度能否小于9nm的水平?如摩尔定律所述，微处理器和逻辑器需要基于硅的CMOS技术。最小尺寸的按比例缩小，使得越来越多的晶体管可以集成到一个芯片上。这样的系统级芯片(SoC)的基本功能是数据存储和数字信号处理。但是，有许多的功能性需求，例如由传感器实现的功能都无法实现摩尔定律那样的按比例缩小，在很多情况下，需要使用非CMOS的解

5、决方案。在未来SoC(SystemonChip)和SiP(SysteminPackage)都可以实现互补共存。这些发展趋势如图l所示。从图l：l【11可以看出，在工业界的发展过程中，在摩尔定律以外的其它发展的相对比重将随时间越来越大，从而导致了科学领域的多样化发展。图l-l摩尔定律发展方向2武汉理．1二大学硕士学位论文集成电路的设计能力远远跟不上集成电路的增长。图1．2是硬件和软件设计随着时间产生的差距图【11。增加计算机辅助设计工具的功能，提高工具的效率是解决这个矛盾的一种方法。因此集成电路的高速发展对“设计自动化”(DesignAutomation，DA)技术提出了巨大挑

6、战。尤其是IP模块重用技术，SOC设计以及超深亚微米工艺为设计自动化技术提出了崭新的研究领域。1．2VLSI设计流程图1．2硬件和软件设计差距图大规模集成电路(VeryLargeScaleIntegration，VLSI)设计周期一般可以分为以下几个步骤：系统规范说明，功能设计，逻辑设计，电路设计，物理设计，设计验证，制造，封装和测试【2_J。VLSI设计可能会在一个步骤中，或在几个步骤之间反复交替进行。VLSI电路的设计流程如图1．3所示。3武汉理T大学硕士学位论文图1．3VLSI设计流程VLSI物理设计(PhysicalDesign)也称为布图设计(LayoutDesig

7、n)。其输入是电路的元件的说明和网表，输出是设计好的版图。即根据电路和工艺要求完成芯片上单元或功能块的安置，实现它们之间所需要的互连。由于布图设计的复杂性，它又分为以下几个步骤：划分、布图规划、布局、总体布线、详细布线和压缩。布图设计流程如图1．4所示。物理设计．1剐什0布囝规划和布局I电路设计10I芯片制造L总体布线0详细布{主l图1．4物理设计过程1．3布图规划问题面临的挑战布图规划(Floorplanning)技术主要是由于BBL模式(BuildingBlockLayout)分级设计的需要而产生的