ICLayout4_07standardcelltechnique

1、Chapter4 標(biāo)準(zhǔn)單元技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)單元技術(shù)Standard Cell TechniquesFebruary 26, 20221Standard Cell Techniques 4.1 引言引言 Introduction4.2標(biāo)準(zhǔn)單元庫標(biāo)準(zhǔn)單元庫 Standard Cell Library4.3標(biāo)準(zhǔn)單元標(biāo)準(zhǔn)單元 Standard Cell4.4基于標(biāo)準(zhǔn)單元技術(shù)的設(shè)計規(guī)則基于標(biāo)準(zhǔn)單元技術(shù)的設(shè)計規(guī)則 Design Rules for Cell-Based approach4.5標(biāo)準(zhǔn)輸入和輸出單元標(biāo)準(zhǔn)輸入和輸出單元 Standard Input and Output CellsFebruary 26,

2、 20222Standard Cell Techniques4.1 引言引言3 半定制半定制ASIC設(shè)計流程設(shè)計流程 基于標(biāo)準(zhǔn)單元的基于標(biāo)準(zhǔn)單元的ASIC設(shè)計技術(shù)設(shè)計技術(shù) 什么是標(biāo)準(zhǔn)單元庫什么是標(biāo)準(zhǔn)單元庫 什么是標(biāo)準(zhǔn)單元什么是標(biāo)準(zhǔn)單元February 26, 20223Standard Cell TechniquesSeparate teams todesign and verifyPhysical design is(semi-) automatedLoops to get deviceoperating frequencycorrect can be troubling半定制半定制ASIC

3、設(shè)計流程設(shè)計流程4February 26, 20224Standard Cell Techniques邏輯綜合邏輯綜合 Logic SynthesisChanges cloud of combinationalfunctionality into standard cells (gates) from fab-specific library;Chooses standard cell flip-flop/latches for timing statementsAttempts to minimize delay and area of resulting logic5February 26

4、, 20225Standard Cell Techniques半定制半定制ASIC設(shè)計流程的主要特征設(shè)計流程的主要特征February 26, 20226 “綜合綜合Synthesis” and “自動布局布線自動布局布線Place-and-Route”Standard Cell Techniques 這兩個產(chǎn)業(yè)中非常常用的術(shù)語體現(xiàn)了這兩個產(chǎn)業(yè)中非常常用的術(shù)語體現(xiàn)了半定制半定制ASIC設(shè)計流程的實質(zhì)設(shè)計流程的實質(zhì)，使得當(dāng)前的，使得當(dāng)前的IC設(shè)計在方法上發(fā)生了設(shè)計在方法上發(fā)生了根本性變化。根本性變化。 單元庫是半單元庫是半定制設(shè)計流程的先決條件定制設(shè)計流程的先決條件。 單元庫單元庫 Librar

5、y of Cells 單元庫中包含了綜合和單元庫中包含了綜合和P&R 工具要用的邏輯門和工具要用的邏輯門和時序構(gòu)件；在任何一個時序構(gòu)件；在任何一個ASIC設(shè)計流程的全部過程中設(shè)計流程的全部過程中，整個設(shè)計只需要用單元庫實現(xiàn)。，整個設(shè)計只需要用單元庫實現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計技術(shù)February 26, 20227 標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計法標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計法是一種基于預(yù)先安裝的庫單元是一種基于預(yù)先安裝的庫單元的芯片設(shè)計方法的芯片設(shè)計方法。庫中的單元都。庫中的單元都已經(jīng)預(yù)先完成了基已經(jīng)預(yù)先完成了基于于一個特定工藝的設(shè)計、版圖和驗證。這些單元已一個特定工藝的設(shè)計、版圖和驗證。這些單元已完全特征化，

6、建立了相應(yīng)的邏輯、時序、物理和電完全特征化，建立了相應(yīng)的邏輯、時序、物理和電路模型并保存在庫中。路模型并保存在庫中。Standard Cell Techniques 基于標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計基于標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計IC的版圖時，設(shè)計者只需把的版圖時，設(shè)計者只需把綜合得到的網(wǎng)表送到自動布局布線工具綜合得到的網(wǎng)表送到自動布局布線工具(P&R)中，中，該工具會自動完成網(wǎng)表到標(biāo)準(zhǔn)單元的映射以及單元該工具會自動完成網(wǎng)表到標(biāo)準(zhǔn)單元的映射以及單元間的布局和布線，從而得到最終版圖。間的布局和布線，從而得到最終版圖。February 26, 20228 在在邏輯級或功能級上實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化邏輯級或功能級上實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化；Stan

7、dard Cell Techniques標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計技術(shù)的特點標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計技術(shù)的特點 每一個門每一個門有多種特定的設(shè)計有多種特定的設(shè)計并存儲在數(shù)據(jù)庫并存儲在數(shù)據(jù)庫或單元庫中；或單元庫中； 版圖用版圖用CAD自動布局布線工具生成自動布局布線工具生成。 每一個單元有每一個單元有Behavioral level、Structural level和和Physical level的多種描述。的多種描述。標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計技術(shù)的優(yōu)點標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計技術(shù)的優(yōu)點February 26, 20229 采用標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計法設(shè)計的版圖在性能和面積采用標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計法設(shè)計的版圖在性能和面積上不如全定制設(shè)計的版圖，但它上不如全定制設(shè)

8、計的版圖，但它通過單元復(fù)用減少通過單元復(fù)用減少了設(shè)計工作量，縮短了設(shè)計周期了設(shè)計工作量，縮短了設(shè)計周期。更重要的是，也。更重要的是，也是基于標(biāo)準(zhǔn)單元的版圖設(shè)計的是基于標(biāo)準(zhǔn)單元的版圖設(shè)計的最大優(yōu)點在于有強大最大優(yōu)點在于有強大的自動布局布線工具支持的自動布局布線工具支持，設(shè)計自動化程度很高設(shè)計自動化程度很高。Standard Cell Techniques 因此，標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計方法是當(dāng)前商用電路，尤因此，標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計方法是當(dāng)前商用電路，尤其是大的數(shù)字電路的主要設(shè)計方法，而且很多其是大的數(shù)字電路的主要設(shè)計方法，而且很多SoC電路的設(shè)計也采用此方法。電路的設(shè)計也采用此方法。February 26, 20

9、2210 用高層描述語言（如用高層描述語言（如HDL）建立對電路系統(tǒng)）建立對電路系統(tǒng)的描述；的描述；Standard Cell Techniques基于標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計的基本步驟基于標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計的基本步驟 用綜合工具將該描述綜合成邏輯網(wǎng)表；用綜合工具將該描述綜合成邏輯網(wǎng)表； 綜合工具需要用到單元的邏輯描述。綜合工具需要用到單元的邏輯描述。 用自動布局布線用自動布局布線(P&R)工具將該邏輯網(wǎng)表綜合工具將該邏輯網(wǎng)表綜合成物理版圖；成物理版圖； P&R工具需要用到版圖庫，還可能要用到簡單工具需要用到版圖庫，還可能要用到簡單描述形式的版圖。描述形式的版圖。3.2 標(biāo)準(zhǔn)單元庫標(biāo)準(zhǔn)單元庫11

10、 什么是標(biāo)準(zhǔn)單元庫什么是標(biāo)準(zhǔn)單元庫 標(biāo)準(zhǔn)單元庫的特點標(biāo)準(zhǔn)單元庫的特點 標(biāo)準(zhǔn)單元庫的主要內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)單元庫的主要內(nèi)容 標(biāo)準(zhǔn)單元庫的質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)單元庫的質(zhì)量評價February 26, 202211Standard Cell Techniques什么是標(biāo)準(zhǔn)單元庫什么是標(biāo)準(zhǔn)單元庫12 標(biāo)準(zhǔn)單元庫標(biāo)準(zhǔn)單元庫 (Standard Cell Libraries)是是ASIC設(shè)設(shè)計流程中用到的預(yù)先定義好的、特征化的構(gòu)建模塊計流程中用到的預(yù)先定義好的、特征化的構(gòu)建模塊的集合的集合。由于這種庫通常具有通用接口實現(xiàn)和規(guī)則。由于這種庫通常具有通用接口實現(xiàn)和規(guī)則結(jié)構(gòu)，所以通常稱為結(jié)構(gòu)，所以通常稱為“標(biāo)準(zhǔn)單元庫標(biāo)準(zhǔn)單元庫”

11、。 單元庫提供了用于綜合的功能構(gòu)建模塊和為布單元庫提供了用于綜合的功能構(gòu)建模塊和為布局布線提供的單元的版圖描述。局布線提供的單元的版圖描述。硬件描述語言綜合硬件描述語言綜合的過程也將所選擇邏輯單元限制在庫所提供的單元的過程也將所選擇邏輯單元限制在庫所提供的單元中，從而確保了在使用自動布局布線進(jìn)行設(shè)計時單中，從而確保了在使用自動布局布線進(jìn)行設(shè)計時單元的物理或版圖描述一定存在。元的物理或版圖描述一定存在。標(biāo)準(zhǔn)單元庫是標(biāo)準(zhǔn)單元庫是ASIC設(shè)計方法得以實現(xiàn)的基礎(chǔ)之一設(shè)計方法得以實現(xiàn)的基礎(chǔ)之一。February 26, 202212Standard Cell Techniques為什么要開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)單元庫為

12、什么要開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)單元庫February 26, 202213 設(shè)計的規(guī)模和復(fù)雜性日益增加；設(shè)計的規(guī)模和復(fù)雜性日益增加；Standard Cell Techniques 存在加快電路和版圖設(shè)計過程的需要，因此存在加快電路和版圖設(shè)計過程的需要，因此全定制設(shè)計不再可行；全定制設(shè)計不再可行； 典型加工工藝的進(jìn)步，包括布線金屬層的增典型加工工藝的進(jìn)步，包括布線金屬層的增加，進(jìn)一步增加了全定制版圖設(shè)計過程的復(fù)加，進(jìn)一步增加了全定制版圖設(shè)計過程的復(fù)雜性；雜性； 自動化工具，尤其是綜合和布局布線自動化工具，尤其是綜合和布局布線(P&R)工工具的出現(xiàn)和應(yīng)用需要標(biāo)準(zhǔn)單元庫具的出現(xiàn)和應(yīng)用需要標(biāo)準(zhǔn)單元庫( (包

13、括版圖模包括版圖模型、邏輯模型、時序和功耗模型型、邏輯模型、時序和功耗模型) )的支持的支持。標(biāo)準(zhǔn)單元庫的特點標(biāo)準(zhǔn)單元庫的特點 (1/5)February 26, 202214 一個一個ASIC標(biāo)準(zhǔn)單元庫通常是標(biāo)準(zhǔn)單元庫通常是只針對一個特只針對一個特定的工藝定的工藝。Standard Cell Techniques 某些情況下，也可能對同一個工藝同時有幾個某些情況下，也可能對同一個工藝同時有幾個單元庫，每個庫針對不同的目標(biāo)（如高速度、低功單元庫，每個庫針對不同的目標(biāo)（如高速度、低功耗或高密度等）有特定的應(yīng)用。耗或高密度等）有特定的應(yīng)用。 另外，還可能對同一個工藝針對不同的工作環(huán)另外，還可能對同

14、一個工藝針對不同的工作環(huán)境條件有不同的單元庫，每個庫針對不同的環(huán)境條境條件有不同的單元庫，每個庫針對不同的環(huán)境條件件(如溫度如溫度)有特定的應(yīng)用。有特定的應(yīng)用。標(biāo)準(zhǔn)單元庫的特點標(biāo)準(zhǔn)單元庫的特點 (2/5)February 26, 202215Standard Cell Techniques 要求具有要求具有“功能功能”的完整性的完整性。 一個典型的現(xiàn)代一個典型的現(xiàn)代ASIC標(biāo)準(zhǔn)單元庫里可能有超標(biāo)準(zhǔn)單元庫里可能有超過幾百個不同的標(biāo)準(zhǔn)單元，在單元庫里對這些單過幾百個不同的標(biāo)準(zhǔn)單元，在單元庫里對這些單元按其功能進(jìn)行分類。通常元按其功能進(jìn)行分類。通常必須包括必須包括反相器、與反相器、與和或（或者與非和

15、或非）和或（或者與非和或非）、三態(tài)緩沖器、鎖存器、三態(tài)緩沖器、鎖存器和觸發(fā)器（包括異步帶置位與復(fù)位）在內(nèi)的和觸發(fā)器（包括異步帶置位與復(fù)位）在內(nèi)的基本基本功能塊功能塊。標(biāo)準(zhǔn)單元庫的特點標(biāo)準(zhǔn)單元庫的特點 (3/5)February 26, 202216Standard Cell Techniques 在每個功能組為邏輯單元定義了不同尺寸的實在每個功能組為邏輯單元定義了不同尺寸的實現(xiàn)現(xiàn)以實現(xiàn)以實現(xiàn)對不同的扇出提供相應(yīng)的驅(qū)動。如反相器對不同的扇出提供相應(yīng)的驅(qū)動。如反相器包括包括1X驅(qū)動的驅(qū)動的INV1，2X的的INV2，4X的的INV4等。等。 同一種功能中不同驅(qū)動能力的單元為綜合工具同一種功能中不同

16、驅(qū)動能力的單元為綜合工具提供了靈活性，從而可以得到最佳的綜合結(jié)果。另提供了靈活性，從而可以得到最佳的綜合結(jié)果。另外，外，標(biāo)準(zhǔn)化的尺寸確保設(shè)計過程中不會出現(xiàn)奇怪的標(biāo)準(zhǔn)化的尺寸確保設(shè)計過程中不會出現(xiàn)奇怪的尺寸和單元的最大共享。尺寸和單元的最大共享。標(biāo)準(zhǔn)單元庫的特點標(biāo)準(zhǔn)單元庫的特點 (4/5)February 26, 202217Standard Cell Techniques 模型參數(shù)要包括延遲、功耗、輸入電容和輸出模型參數(shù)要包括延遲、功耗、輸入電容和輸出電容等基本內(nèi)容電容等基本內(nèi)容。 為了提高版圖質(zhì)量并繼續(xù)利用標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計自為了提高版圖質(zhì)量并繼續(xù)利用標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計自動化高的優(yōu)點，必須增大單元的規(guī)模

17、并對單元版圖動化高的優(yōu)點，必須增大單元的規(guī)模并對單元版圖進(jìn)行精細(xì)優(yōu)化，為此進(jìn)行精細(xì)優(yōu)化，為此在標(biāo)準(zhǔn)單元的基礎(chǔ)上又發(fā)展了在標(biāo)準(zhǔn)單元的基礎(chǔ)上又發(fā)展了宏單元和宏單元和 IP 硬核等較復(fù)雜的單元硬核等較復(fù)雜的單元。這些單元。這些單元版圖版圖也都采用全定制方法設(shè)計，也都采用全定制方法設(shè)計，同樣也要經(jīng)過專門優(yōu)化同樣也要經(jīng)過專門優(yōu)化和嚴(yán)格驗證，但電路版圖在性能和面積方面要比單和嚴(yán)格驗證，但電路版圖在性能和面積方面要比單純基于標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計的版圖好很多。純基于標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計的版圖好很多。標(biāo)準(zhǔn)單元庫的特點標(biāo)準(zhǔn)單元庫的特點 (5/5)February 26, 202218Standard Cell Technique

18、s 一個完整的一個完整的ASIC單元庫單元庫應(yīng)該包含每個單元應(yīng)該包含每個單元用于各設(shè)計階段自動化設(shè)計工具的所有信息用于各設(shè)計階段自動化設(shè)計工具的所有信息（用（用”view”來表征）：來表征）： 邏輯屬性邏輯屬性(logic view)，時序?qū)傩?，時序?qū)傩?timing view)，物理屬性，物理屬性( physical view)，功率屬性，功率屬性( power view)，和電學(xué)屬性，和電學(xué)屬性(electrical view)。 所有這些屬性一起給單元庫中的每一個單元提所有這些屬性一起給單元庫中的每一個單元提供了一個完整的描述。在供了一個完整的描述。在IC設(shè)計的實現(xiàn)過程中不同設(shè)計的實現(xiàn)過

19、程中不同的自動化的自動化CAD 工具用它們來完成不同的設(shè)計任務(wù)。工具用它們來完成不同的設(shè)計任務(wù)。版圖庫版圖庫February 26, 202219 P&R工具生成工具生成層次化的版圖層次化的版圖；Standard Cell Techniques 單元庫里的版圖是構(gòu)成層次化版圖的單元庫里的版圖是構(gòu)成層次化版圖的葉單元葉單元； 單元庫里的版圖形狀必須單元庫里的版圖形狀必須規(guī)則化規(guī)則化，以便于，以便于P&R工具工具拼接并易于進(jìn)行拼接并易于進(jìn)行布局布線；布局布線； 單元庫里的版圖必須滿足工具使用的要求，單元庫里的版圖必須滿足工具使用的要求，也就是與工具有關(guān)；也就是與工具有關(guān)；工具對版圖

20、的要求工具對版圖的要求February 26, 202220 功能的完整性功能的完整性：通常必須包括通常必須包括inverter、buffer、tristate buffer(三態(tài)緩沖三態(tài)緩沖)、NAND和和NOR(或或AND和和OR)、Latch(帶復(fù)位和置位帶復(fù)位和置位)、及、及Flip-Flop等；等；Standard Cell Techniques 模型庫模型庫必須包含延遲、功耗、輸入電容、輸必須包含延遲、功耗、輸入電容、輸出電容等特征值；出電容等特征值； 還須包括還須包括VHDL/Verilog模型及引腳列表，并模型及引腳列表，并給出引腳的方向給出引腳的方向(input、output

21、、inout)；標(biāo)準(zhǔn)單元庫的主要內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)單元庫的主要內(nèi)容February 26, 202221 SSI logic: e.g. nand, nor, xor, inverters, buffers, latchs, registers;Standard Cell Techniques Memories: e.g. RAM, ROM; System level blocks: e.g. multipliers, microcontrollers; Datapath: e.g. ALUs, adders, register, shifters; MSI logic: e.g. decoders,

22、encoders, adders, comparators;開發(fā)單元庫的基本步驟開發(fā)單元庫的基本步驟 February 26, 202222Standard Cell TechniquesFebruary 26, 202223 有效性有效性 (Efficiency)：如果綜合和布局布線的結(jié)果：如果綜合和布局布線的結(jié)果速度快、芯片面積小，且功耗低，則說明單元庫有速度快、芯片面積小，且功耗低，則說明單元庫有效而且高質(zhì)量。效而且高質(zhì)量。Standard Cell Techniques單元庫的質(zhì)量評價單元庫的質(zhì)量評價(1/3) ASIC單元庫的質(zhì)量對用該庫實現(xiàn)的設(shè)單元庫的質(zhì)量對用該庫實現(xiàn)的設(shè)計的質(zhì)量影

23、響極大。計的質(zhì)量影響極大。ASIC 單元庫的質(zhì)量可單元庫的質(zhì)量可用以下標(biāo)準(zhǔn)評價：用以下標(biāo)準(zhǔn)評價： 可靠性可靠性 (Robustness)：一個單元庫在面積、功耗：一個單元庫在面積、功耗和性能方面做到了平衡，但是如果不可靠，那這個和性能方面做到了平衡，但是如果不可靠，那這個庫沒有任何作用。因此庫單元的設(shè)計必須要對庫沒有任何作用。因此庫單元的設(shè)計必須要對ESD靜電保護(hù)、閂鎖效應(yīng)的抑制、電子遷移、天線效應(yīng)靜電保護(hù)、閂鎖效應(yīng)的抑制、電子遷移、天線效應(yīng)和噪聲靈敏度方面有所考慮。和噪聲靈敏度方面有所考慮。February 26, 202224Standard Cell Techniques標(biāo)準(zhǔn)單元庫的質(zhì)量

24、評價標(biāo)準(zhǔn)單元庫的質(zhì)量評價(2/3) 可移植性可移植性 (Portability)：在對庫的評價上，庫對：在對庫的評價上，庫對多種代工的可移植能力的重要性在逐漸增加。用一多種代工的可移植能力的重要性在逐漸增加。用一套適用于多個廠商的通用設(shè)計規(guī)則建立的單元庫則套適用于多個廠商的通用設(shè)計規(guī)則建立的單元庫則有好的移植性。有好的移植性。 可用性可用性 (Usability)：如果沒有配套的設(shè)計屬性，：如果沒有配套的設(shè)計屬性，庫庫再大也沒有作用。在下面列出的設(shè)計屬性類型中，再大也沒有作用。在下面列出的設(shè)計屬性類型中，取決于不同的設(shè)計方法，一個可用的庫需要配套的取決于不同的設(shè)計方法，一個可用的庫需要配套的設(shè)

25、計屬性也不同。包括：電路設(shè)計、綜合、模擬、設(shè)計屬性也不同。包括：電路設(shè)計、綜合、模擬、布局布線、靜態(tài)時序驗證和布局布線、靜態(tài)時序驗證和ATPG。February 26, 202225Standard Cell Techniques標(biāo)準(zhǔn)單元庫的質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)單元庫的質(zhì)量評價(3/3) 時間性時間性 (Timeliness)：一個庫必須要能在工藝有：一個庫必須要能在工藝有效的早期時間投入使用。否則工藝不能發(fā)揮最大的效的早期時間投入使用。否則工藝不能發(fā)揮最大的潛力來產(chǎn)生效益。潛力來產(chǎn)生效益。 成本成本 (Cost)：庫的成本是很難說的。開發(fā)一個庫在：庫的成本是很難說的。開發(fā)一個庫在開發(fā)工具和時間上的成

26、本可能都是很高的。但是，開發(fā)工具和時間上的成本可能都是很高的。但是，買一個現(xiàn)成的庫總是意味著在想要的和可用的之間買一個現(xiàn)成的庫總是意味著在想要的和可用的之間進(jìn)行了折衷。因此，在購買庫和開發(fā)庫之間，你選進(jìn)行了折衷。因此，在購買庫和開發(fā)庫之間，你選擇其中的一個一定是因為其明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，反之擇其中的一個一定是因為其明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，反之亦然。亦然。3.3 標(biāo)準(zhǔn)單元標(biāo)準(zhǔn)單元26 什么是標(biāo)準(zhǔn)單元什么是標(biāo)準(zhǔn)單元 硬件模塊的抽象描述硬件模塊的抽象描述 標(biāo)準(zhǔn)單元的基本屬性標(biāo)準(zhǔn)單元的基本屬性 標(biāo)準(zhǔn)單元的基本特性標(biāo)準(zhǔn)單元的基本特性 標(biāo)準(zhǔn)單元的基本結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)單元的基本結(jié)構(gòu)February 26, 202226Stan

27、dard Cell Techniques什么是標(biāo)準(zhǔn)單元什么是標(biāo)準(zhǔn)單元February 26, 202227Standard Cell Techniques 標(biāo)準(zhǔn)單元標(biāo)準(zhǔn)單元是指是指基于單元的設(shè)計中用到的預(yù)先基于單元的設(shè)計中用到的預(yù)先定義好的、特征化的具有通用接口實現(xiàn)和規(guī)定義好的、特征化的具有通用接口實現(xiàn)和規(guī)則結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)建模塊則結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)建模塊。 將將常用于各種常用于各種ASIC設(shè)計設(shè)計中的不同類型的中的不同類型的葉單元或葉單元或“構(gòu)建模塊構(gòu)建模塊”進(jìn)行優(yōu)化，形成具有進(jìn)行優(yōu)化，形成具有通用接口實現(xiàn)和規(guī)則結(jié)構(gòu)的可重復(fù)利用的單通用接口實現(xiàn)和規(guī)則結(jié)構(gòu)的可重復(fù)利用的單元庫。元庫。標(biāo)準(zhǔn)單元的分類標(biāo)準(zhǔn)單

28、元的分類February 26, 202228Standard Cell Techniques 單元庫里的標(biāo)準(zhǔn)單元，或者是用于存儲信息，單元庫里的標(biāo)準(zhǔn)單元，或者是用于存儲信息，或者是完成某種特定的邏輯功能?；蛘呤峭瓿赡撤N特定的邏輯功能。 用于存儲數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)單元類型稱為用于存儲數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)單元類型稱為時序單元時序單元，如，如Flip-flops (FF)和和latches，它們是任何一個，它們是任何一個ASIC單單元庫中必不可少的部分。元庫中必不可少的部分。 用于對輸入的邏輯信號完成特定的邏輯運算的標(biāo)用于對輸入的邏輯信號完成特定的邏輯運算的標(biāo)準(zhǔn)單元類型稱為準(zhǔn)單元類型稱為組合單元組合單元，如，如na

29、nd, nor, xor, inverters和和buffers等等。硬件模塊的抽象描述硬件模塊的抽象描述(1/3)(1/3)February 26, 202229Standard Cell Techniques 如下圖所示，在芯片的實現(xiàn)過程中，模塊電路如下圖所示，在芯片的實現(xiàn)過程中，模塊電路的抽象描述有四種層級。的抽象描述有四種層級。 最低的一級是晶體管級或器件級最低的一級是晶體管級或器件級。在。在這一級中的這一級中的單元模塊直接用單元模塊直接用諸如晶體管、二極管、電容和電阻一諸如晶體管、二極管、電容和電阻一類類最基本的器件元素來描述最基本的器件元素來描述。標(biāo)準(zhǔn)單元就是直接用晶標(biāo)準(zhǔn)單元就是直

30、接用晶體管構(gòu)成的體管構(gòu)成的，它比晶體管的抽象層高一級。，它比晶體管的抽象層高一級。硬件模塊的抽象描述硬件模塊的抽象描述(2/3)(2/3)February 26, 202230Standard Cell Techniques 晶體管級的上一級是單元級晶體管級的上一級是單元級。在這一級中的。在這一級中的模模塊設(shè)計用標(biāo)準(zhǔn)單元構(gòu)成塊設(shè)計用標(biāo)準(zhǔn)單元構(gòu)成。 再上一級是模塊級再上一級是模塊級。在這一級中，設(shè)計是。在這一級中，設(shè)計是用用諸諸如加法器、乘法器、如加法器、乘法器、ALU和移位寄存器類的和移位寄存器類的功能模功能模塊來描述的塊來描述的。 最高一級是芯片級最高一級是芯片級。在這一級中，設(shè)計。在這一級

31、中，設(shè)計被劃分被劃分為為諸如諸如DSP、微控制器、微控制器、MPEG編碼器、編碼器、UART、USB、ADC、DAC和和PLL類的類的具有復(fù)雜功能的具有復(fù)雜功能的子系子系統(tǒng)統(tǒng)。 抽象的層次越高，設(shè)計中所含的具體實現(xiàn)細(xì)節(jié)抽象的層次越高，設(shè)計中所含的具體實現(xiàn)細(xì)節(jié)就越少。就越少。標(biāo)準(zhǔn)單元的基本屬性標(biāo)準(zhǔn)單元的基本屬性(1/3)February 26, 202231 單元的單元的物理版圖物理版圖 (physical appearance) 單元的單元的邏輯功能邏輯功能 (logic functionality) 單元的單元的時序特性時序特性 (timing behavior) 單元的單元的電學(xué)特性電學(xué)特

32、性 (electrical characteristics)Standard Cell Techniques 由于標(biāo)準(zhǔn)單元是由于標(biāo)準(zhǔn)單元是ASIC設(shè)計方法的基本構(gòu)成模設(shè)計方法的基本構(gòu)成模 塊，因此在用這些單元構(gòu)建芯片時必須要提供給塊，因此在用這些單元構(gòu)建芯片時必須要提供給CAD 工具相應(yīng)的單元信息：工具相應(yīng)的單元信息：標(biāo)準(zhǔn)單元的基本屬性標(biāo)準(zhǔn)單元的基本屬性(2/3)February 26, 202232Standard Cell Techniques 因此，在因此，在ASIC單元庫中單元庫中以一定的數(shù)據(jù)格式將以一定的數(shù)據(jù)格式將 單元特征化、模型化及存儲。故對每一個單元而言單元特征化、模型化及存儲

33、。故對每一個單元而言，一個完整的一個完整的ASIC單元庫應(yīng)該包含單元庫應(yīng)該包含單元用于單元用于各個不各個不同的設(shè)計階段中的自動化設(shè)計工具的如下信息同的設(shè)計階段中的自動化設(shè)計工具的如下信息(將其將其特征化為屬性特征化為屬性”view”)： 邏輯屬性邏輯屬性(logic view)，時序?qū)傩詴r序?qū)傩?timing view)，物理物理/版圖屬性版圖屬性( physical view)，功率屬性功率屬性( power view)和和電學(xué)屬性電學(xué)屬性(electrical view)。 所有這些屬性一起給單元庫中的每一個單元提所有這些屬性一起給單元庫中的每一個單元提供了一個完整的描述。在供了一個完整的

34、描述。在IC設(shè)計的實現(xiàn)過程中不同設(shè)計的實現(xiàn)過程中不同的自動化的自動化CAD 工具用它們來完成不同的設(shè)計任務(wù)。工具用它們來完成不同的設(shè)計任務(wù)。February 26, 202233Standard Cell Techniques 這些不同的單元屬性在芯片的實現(xiàn)過程中被這些不同的單元屬性在芯片的實現(xiàn)過程中被不同的不同的EDA工具分別用于工具分別用于獲取電路結(jié)構(gòu)獲取電路結(jié)構(gòu)、模擬模擬、時序驗證時序驗證、布局布線布局布線、功率分析功率分析和和電學(xué)特性檢查電學(xué)特性檢查。 在單元的所有屬性中，在單元的所有屬性中，最常用的三種單元屬性最常用的三種單元屬性是：是： 符號屬性符號屬性 (Symbol View)

35、、結(jié)構(gòu)屬性結(jié)構(gòu)屬性 (Schematic View) 和和版圖屬性版圖屬性 (Layout View)。標(biāo)準(zhǔn)單元的基本屬性標(biāo)準(zhǔn)單元的基本屬性(3/3)1x反相器的基本屬性反相器的基本屬性(1/2)February 26, 202234Standard Cell TechniquesVinVoutCLVDDSymbol viewSchematic viewlayout view1x反相器的基本屬性反相器的基本屬性(2/2)February 26, 202235Standard Cell TechniquesD Flip-Flop的基本屬性的基本屬性(1/3)February 26, 202236

36、Standard Cell TechniquesSymbol viewSchematic viewDClkQD Flip-Flop的基本屬性的基本屬性(2/3)February 26, 202237Standard Cell Techniqueslayout viewFebruary 26, 202238Standard Cell TechniquesD Flip-Flop的基本屬性的基本屬性(3/3)結(jié)論結(jié)論February 26, 202239 從這些單元的從這些單元的schematic view可知，顯可知，顯然功能不同的單元的電路結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度也然功能不同的單元的電路結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度也不

37、相同，不相同，結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度取決于單元邏輯功結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度取決于單元邏輯功能的復(fù)雜程度能的復(fù)雜程度。Standard Cell Techniques 相應(yīng)地，單元版圖的尺寸又取決于結(jié)構(gòu)相應(yīng)地，單元版圖的尺寸又取決于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度相關(guān)。的復(fù)雜程度相關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)單元的基本特性標(biāo)準(zhǔn)單元的基本特性February 26, 202240 電路設(shè)計相關(guān)特性電路設(shè)計相關(guān)特性 基本形狀基本形狀(版圖設(shè)計版圖設(shè)計)相關(guān)特性相關(guān)特性 單元接口單元接口(版圖接口版圖接口)相關(guān)特性相關(guān)特性Standard Cell Techniques 標(biāo)準(zhǔn)單元級的建立使芯片設(shè)計易于實現(xiàn)，尤其標(biāo)準(zhǔn)單元級的建立使芯片設(shè)計易于實現(xiàn)，尤其是對

38、大的數(shù)字設(shè)計而言。因此要考慮標(biāo)準(zhǔn)單元本身是對大的數(shù)字設(shè)計而言。因此要考慮標(biāo)準(zhǔn)單元本身的設(shè)計，首要的一點就是單元庫應(yīng)該與所用的制造的設(shè)計，首要的一點就是單元庫應(yīng)該與所用的制造工藝的特殊要求和特征兼容。工藝的特殊要求和特征兼容。 標(biāo)準(zhǔn)單元的基本特性主要表現(xiàn)為：標(biāo)準(zhǔn)單元的基本特性主要表現(xiàn)為：標(biāo)準(zhǔn)單元的電路設(shè)計相關(guān)特性標(biāo)準(zhǔn)單元的電路設(shè)計相關(guān)特性February 26, 202241 每個單元的功能、電學(xué)特性都要經(jīng)過測試、每個單元的功能、電學(xué)特性都要經(jīng)過測試、分析和說明分析和說明。Standard Cell Techniques 通常會先生產(chǎn)一塊測試芯片，然后通過實際的通常會先生產(chǎn)一塊測試芯片，然后通過

39、實際的硅芯片對每個單元的性能進(jìn)行分析。有時僅僅完成硅芯片對每個單元的性能進(jìn)行分析。有時僅僅完成一個工藝特征步驟來生成晶體管特性的仿真模型，一個工藝特征步驟來生成晶體管特性的仿真模型，而庫特性分析工具就是使用這些模型來建立每個單而庫特性分析工具就是使用這些模型來建立每個單元的仿真模型。元的仿真模型。 為每種單元類型設(shè)計多種驅(qū)動強度的實現(xiàn)為每種單元類型設(shè)計多種驅(qū)動強度的實現(xiàn)。 而且不同的驅(qū)動強度都是基本尺寸或最小尺寸而且不同的驅(qū)動強度都是基本尺寸或最小尺寸的倍數(shù)。的倍數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)單元基本形狀相關(guān)特性標(biāo)準(zhǔn)單元基本形狀相關(guān)特性(1/4)February 26, 202242 標(biāo)準(zhǔn)單元的版圖設(shè)計中，標(biāo)準(zhǔn)單元

40、的版圖設(shè)計中，用預(yù)先定義的模板用預(yù)先定義的模板建立單元建立單元，以保證滿足所有要求。，以保證滿足所有要求。Standard Cell Techniques 模板應(yīng)該模板應(yīng)該包括單元的高度、阱的布局、包括單元的高度、阱的布局、N型晶型晶體管、體管、P型晶體管和一些要遵守的準(zhǔn)則型晶體管和一些要遵守的準(zhǔn)則，以此來確，以此來確保單元能垂直或水平翻轉(zhuǎn)，而且當(dāng)其被放在其他單保單元能垂直或水平翻轉(zhuǎn)，而且當(dāng)其被放在其他單元旁邊時不致引起元旁邊時不致引起DRC等規(guī)則錯誤。等規(guī)則錯誤。 單元版圖必須采用全定制設(shè)計單元版圖必須采用全定制設(shè)計。標(biāo)準(zhǔn)單元基本形狀相關(guān)特性標(biāo)準(zhǔn)單元基本形狀相關(guān)特性(2/4)February

41、 26, 202243Standard Cell Techniques 所有單元都是矩形且有相所有單元都是矩形且有相同的高度，但寬度可變同的高度，但寬度可變，單元版圖的尺寸由單元的單元版圖的尺寸由單元的高度和寬度定義高度和寬度定義。 單元的邊界屬性用于布單元的邊界屬性用于布局階段布局布線工具確定單局階段布局布線工具確定單元的具體位置。元的具體位置。 關(guān)鍵是關(guān)鍵是要用盡可能小的要用盡可能小的面積實現(xiàn)單元版圖的設(shè)計面積實現(xiàn)單元版圖的設(shè)計。標(biāo)準(zhǔn)單元基本形狀相關(guān)特性標(biāo)準(zhǔn)單元基本形狀相關(guān)特性(3/4)February 26, 202244 一般情況下，一般情況下，單元版圖內(nèi)只用金屬單元版圖內(nèi)只用金屬1(

42、和和2)來來實現(xiàn)連接實現(xiàn)連接。Standard Cell Techniques 高層金屬通常用于信號通道的布線。高層金屬通常用于信號通道的布線。 在單元的版圖屬性中，在單元的版圖屬性中，用一些幾何圖形定義用一些幾何圖形定義單元的信號端口單元的信號端口(port)。 在后面的布線階段用于布線器實現(xiàn)信號連接。在后面的布線階段用于布線器實現(xiàn)信號連接。 在單元的上部和下部在單元的上部和下部，用預(yù)先定義的相同寬用預(yù)先定義的相同寬度和位置的金屬線實現(xiàn)單元中電源度和位置的金屬線實現(xiàn)單元中電源(DVDD)和地和地(DVSS)的連接的連接。標(biāo)準(zhǔn)單元基本形狀相關(guān)特性標(biāo)準(zhǔn)單元基本形狀相關(guān)特性(4/4)Februar

43、y 26, 202245 自動化實現(xiàn)單元拼接自動化實現(xiàn)單元拼接時，時，單元成行排列單元成行排列，布線在單元行之間進(jìn)布線在單元行之間進(jìn)行行，故單元行之間的，故單元行之間的區(qū)域定義為區(qū)域定義為布線通道布線通道(wiring channel)。Standard Cell Techniques 每個單元長度是由粗柵格的倍數(shù)構(gòu)成的每個單元長度是由粗柵格的倍數(shù)構(gòu)成的。February 26, 202246 所有單元的尺寸和形狀必須規(guī)則；所有單元的尺寸和形狀必須規(guī)則；Standard Cell Techniques 在同一層上的所有在同一層上的所有金屬信號線有相同金屬信號線有相同的線寬；的線寬； 標(biāo)準(zhǔn)單元庫

44、中所有單元只用一種單元高度模標(biāo)準(zhǔn)單元庫中所有單元只用一種單元高度模式：即所有單元式：即所有單元固定高度固定高度、可變寬度可變寬度；標(biāo)準(zhǔn)單元的基本形狀標(biāo)準(zhǔn)單元的基本形狀 單元中的電源線和單元中的電源線和地線必須有相同的地線必須有相同的線寬。線寬。 必須易于水平拼接并成行排列。必須易于水平拼接并成行排列。- 25 microns wide (lambda is 0.25)- AB: abutment box - BB: bounding box- Power supplies: VDD, GND- Each different shaded and labeled pattern represen

45、ts a different layer- Connections: A1, B1, ZFebruary 26, 202247Standard Cell Techniques標(biāo)準(zhǔn)單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)同一行中的單元布局同一行中的單元布局February 26, 202248 單元中的電源單元中的電源/地必須與相鄰單元的電源地必須與相鄰單元的電源/地地相連接；相連接；Standard Cell Techniques 單元的水平寬度不必單元的水平寬度不必相同；相同； 單元通?？梢运椒D(zhuǎn)；單元通?？梢运椒D(zhuǎn)； 必須嚴(yán)格遵守設(shè)計規(guī)必須嚴(yán)格遵守設(shè)計規(guī)則；則；VDDGND相鄰兩行的單元布局相

46、鄰兩行的單元布局February 26, 202249 相鄰兩行的電源線和相鄰兩行的電源線和地線可直接拼接；地線可直接拼接；Standard Cell Techniques 相鄰兩行中的某些單相鄰兩行中的某些單元可部分重疊；元可部分重疊； 單元行通?？纱怪狈瓎卧型ǔ？纱怪狈D(zhuǎn)；轉(zhuǎn)；Two Rows of Standard CellsFebruary 26, 202250Standard Cell Techniques基于標(biāo)準(zhǔn)單元的版圖基于標(biāo)準(zhǔn)單元的版圖February 26, 202251 是由許多的標(biāo)準(zhǔn)單元行構(gòu)成的，標(biāo)準(zhǔn)單元行是由許多的標(biāo)準(zhǔn)單元行構(gòu)成的，標(biāo)準(zhǔn)單元行之間通常用布線通道間隔；之

47、間通常用布線通道間隔；Standard Cell Techniques 布線可用金屬層在單元上走線；布線可用金屬層在單元上走線； 基于標(biāo)準(zhǔn)單元的模塊電路高度與寬度之比要基于標(biāo)準(zhǔn)單元的模塊電路高度與寬度之比要受到其他因素的影響；受到其他因素的影響； 一個完整的芯片電路通常是由許多的標(biāo)準(zhǔn)單一個完整的芯片電路通常是由許多的標(biāo)準(zhǔn)單元模塊構(gòu)成的；元模塊構(gòu)成的；標(biāo)準(zhǔn)單元接口相關(guān)特性標(biāo)準(zhǔn)單元接口相關(guān)特性February 26, 202252 所有輸入、輸出端口都有預(yù)先定義的類型、所有輸入、輸出端口都有預(yù)先定義的類型、層、位置、尺寸和接口點層、位置、尺寸和接口點。Standard Cell Technique

48、s 端口是為布線工具布線準(zhǔn)備的，應(yīng)根據(jù)布線工端口是為布線工具布線準(zhǔn)備的，應(yīng)根據(jù)布線工具對其進(jìn)行優(yōu)化，以獲得最好的結(jié)果。具對其進(jìn)行優(yōu)化，以獲得最好的結(jié)果。 單元接口設(shè)計可以共享一些連接，單元接口設(shè)計可以共享一些連接，如連接到如連接到電源和地的晶體管的源端可以共用。在一定電源和地的晶體管的源端可以共用。在一定的條件下，單元間可以共用襯底和阱接觸孔的條件下，單元間可以共用襯底和阱接觸孔. 例如通過使用定義在柵格上的信號間距可以使例如通過使用定義在柵格上的信號間距可以使布線更加簡便快捷。柵格技術(shù)的運用簡化了布線工布線更加簡便快捷。柵格技術(shù)的運用簡化了布線工具的算法，從而使布線工具將占用較少的計算資源具

49、的算法，從而使布線工具將占用較少的計算資源標(biāo)準(zhǔn)單元的基本結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)單元的基本結(jié)構(gòu) (1/6) Pitch: 單元高度。單元高度。 所有單元所有單元有相同的高度有相同的高度pitch，和可變的寬度，和可變的寬度，從，從而可以實現(xiàn)按行對準(zhǔn)和排列。而可以實現(xiàn)按行對準(zhǔn)和排列。February 26, 202253Standard Cell Techniques 對數(shù)字版圖而言，特別是在標(biāo)準(zhǔn)單元版圖中，對數(shù)字版圖而言，特別是在標(biāo)準(zhǔn)單元版圖中，由于布局布線工具的限制，固定高度，可變寬度的由于布局布線工具的限制，固定高度，可變寬度的單元是唯一可行的設(shè)計方法。單元是唯一可行的設(shè)計方法。 在整個數(shù)字版圖設(shè)計在整個

50、數(shù)字版圖設(shè)計中是一種相當(dāng)常用的設(shè)計方法。中是一種相當(dāng)常用的設(shè)計方法。標(biāo)準(zhǔn)單元的基本結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)單元的基本結(jié)構(gòu) (2/6)February 26, 202254Standard Cell Techniques 電源電源/地線以相同的高度水平走線穿過單元，可地線以相同的高度水平走線穿過單元，可用于實現(xiàn)單元水平方向的拼接。用于實現(xiàn)單元水平方向的拼接。 其他連線通過單元頂部和其他連線通過單元頂部和/或底部的端點進(jìn)行連或底部的端點進(jìn)行連接，布線通道可根據(jù)網(wǎng)表實現(xiàn)端點間的互連。接，布線通道可根據(jù)網(wǎng)表實現(xiàn)端點間的互連。 VDD, VSS連接連接對整個單元庫中的所有單元對整個單元庫中的所有單元具有預(yù)先定義好的相同

51、的寬度和位置。具有預(yù)先定義好的相同的寬度和位置。VDDVSSn tubp tubIntra-cell wiringpullupspulldownspinpinFeedthrough areaFebruary 26, 202255Standard Cell Techniques 填充單元填充單元(feed-through)可以增加垂直布線可以增加垂直布線通道。通道。標(biāo)準(zhǔn)單元的基本結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)單元的基本結(jié)構(gòu) (3/6) 對于只提供兩層布線的工藝而言，設(shè)計中運用填對于只提供兩層布線的工藝而言，設(shè)計中運用填充單元充單元是添加垂直布線通道的惟一方法。是添加垂直布線通道的惟一方法。填充單元填充單元 (Feed

52、-through)February 26, 202256Standard Cell Techniques 是指是指不包含晶體管的空單元不包含晶體管的空單元，只提供垂只提供垂直方向的通道直方向的通道，用以連接不同的布線通道上用以連接不同的布線通道上的信號的信號。 當(dāng)單元上沒有更多的布線資源時，可將當(dāng)單元上沒有更多的布線資源時，可將填充單元添加到單元間以允許垂直連接。填充單元添加到單元間以允許垂直連接。標(biāo)準(zhǔn)單元的基本結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)單元的基本結(jié)構(gòu) (4/6) 端口端口可用不同的方式放置：可用不同的方式放置： 端口靠近單元的頂部和底部以進(jìn)行連接。端口靠近單元的頂部和底部以進(jìn)行連接。February 26,

53、202257Standard Cell Techniques 端口放置在單元中間從而實現(xiàn)單元上走線端口放置在單元中間從而實現(xiàn)單元上走線。 以確保有效地使用布線通道，并減少獨立的填充以確保有效地使用布線通道，并減少獨立的填充單元的使用。單元的使用。 但通過單元頂部和底部兩邊的端口在單元上面走但通過單元頂部和底部兩邊的端口在單元上面走線，增加了信號的寄生負(fù)載，并最少了最終設(shè)計的整線，增加了信號的寄生負(fù)載，并最少了最終設(shè)計的整體空隙率。體空隙率。 相同的單元的整體面積可能會更小；而如果連接相同的單元的整體面積可能會更??；而如果連接的單元是相鄰的，則端口的連接會很短，并且不會浪的單元是相鄰的，則端口的

54、連接會很短，并且不會浪費任何布線通道的間距。費任何布線通道的間距。Comparison of Cell InterfacesFebruary 26, 202258Standard Cell TechniquesExample AExample BExample C通道布線工具通道布線工具( (不允許在不允許在單元上走線或單元上走線或1 1層金屬）。層金屬）。通道布線工具通道布線工具( (允許在允許在單元上走線單元上走線),2),2，3 3層層金屬可以布線。金屬可以布線。通道布線工具通道布線工具( (允許在單元允許在單元上走線），短的金屬上走線），短的金屬1 1水平水平走線。走線。標(biāo)準(zhǔn)單元的基本

55、結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)單元的基本結(jié)構(gòu) (5/6)February 26, 202259 標(biāo)準(zhǔn)單元的設(shè)計和結(jié)構(gòu)依賴于加工工藝中可標(biāo)準(zhǔn)單元的設(shè)計和結(jié)構(gòu)依賴于加工工藝中可用的布線層數(shù)用的布線層數(shù)。Standard Cell Techniques 如果在單元內(nèi)部只有一個金屬層用于形成大多數(shù)如果在單元內(nèi)部只有一個金屬層用于形成大多數(shù)的晶體管內(nèi)部連接的晶體管內(nèi)部連接，布線工具則僅能連接放置在單，布線工具則僅能連接放置在單元邊界上的引腳，與單元端口連接的第二層金屬只元邊界上的引腳，與單元端口連接的第二層金屬只是連接單元的頂部或底部。是連接單元的頂部或底部。 設(shè)計則由兩行和兩行間的布線通道構(gòu)成。設(shè)計則由兩行和兩行間的布線通

56、道構(gòu)成。對于對于只提供兩層布線的工藝而言只提供兩層布線的工藝而言，設(shè)計中運用填充單元設(shè)計中運用填充單元feed-through是添加垂直布線通道的惟一方法是添加垂直布線通道的惟一方法。60基于標(biāo)準(zhǔn)單元的版圖方法基于標(biāo)準(zhǔn)單元的版圖方法 without over the cell routing) (1980s)signalsRoutingchannelVDDGNDFebruary 26, 202260Standard Cell Techniques通道布線通道布線 Channel Routing February 26, 202261Standard Cell Techniques標(biāo)準(zhǔn)單元的基本

57、結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)單元的基本結(jié)構(gòu) (6/6)February 26, 202262Standard Cell Techniques 如果在單元中間含有通孔的設(shè)計實現(xiàn)如果在單元中間含有通孔的設(shè)計實現(xiàn)，則，則可以把可以把端口放在中間，在單元上方進(jìn)行布線端口放在中間，在單元上方進(jìn)行布線。這時，垂直。這時，垂直布線通道可能位于單元上方，并且在最終設(shè)計中減布線通道可能位于單元上方，并且在最終設(shè)計中減少了填充單元的使用。少了填充單元的使用。63M2No RoutingchannelsVDDGNDM3VDDGNDMirrored CellMirrored CellFebruary 26, 202263Standard

58、 Cell Techniques基于標(biāo)準(zhǔn)單元的版圖方法基于標(biāo)準(zhǔn)單元的版圖方法 with over the cell routing 1990s 在三層以上的金屬布線工藝中在三層以上的金屬布線工藝中，幾乎所有的通道都，幾乎所有的通道都能去掉，所有的布線都可以在單元上方完成能去掉，所有的布線都可以在單元上方完成。64Standard Cell Layout Example 1/3Cell height 12 metal tracksMetal track is approx. 3 + 3 Pitch = repetitive distance between objectsCell height

59、is “12 pitch”Cell boundaryN Well2Rails 10 InOutVDDGNDFebruary 26, 202264Standard Cell Techniques65Standard Cell Layout Example 2/3InOutVDDGNDInOutVDDGNDWith silicided diffusionWith minimaldiffusionroutingOutInVDDM2M1February 26, 202265Standard Cell Techniques66Standard Cell Layout Example 3/3AOutVDD

60、GNDB2-input NAND gateBVDDAFebruary 26, 202266Standard Cell TechniquesStandard Cell - Example3-input NAND cell(from ST Microelectronics):C = Load capacitanceT = input rise/fall timeFebruary 26, 202267Standard Cell Techniques單元行版圖單元行版圖 所有單元所有單元固定高度固定高度，成行排列；，成行排列； 總體結(jié)構(gòu)總體結(jié)構(gòu): p-transistors “gap”(間隙間隙) between n, p transistors 用于