HY523 Εργαςτηριακό χεδύαςη Ψηφιακών Κυκλωμϊτων με εργαλεύα Ηλεκτρονικού χεδιαςτικού Αυτοματιςμού Διδϊςκων: Χ. ωτηρύου http://www.csd.uoc.gr/~hy523 1 Περιεχόμενα Ροι Φυςικισ χεδίαςθσ χεδίαςθ με Κακιερωμζνα Κφτταρα Standard Cells Παραδείγματα Πυλϊν χεδιαςτικοί Κανόνεσ Δομι Κάτοψθσ Ολοκλθρωμζνου Κυκλϊματοσ και τα Επιμζρουσ τοιχεία Δακτφλιοσ Επικεμάτων, Δακτφλιοι Ρευμάτων, ειρζσ, Ζτοιμεσ Μονάδεσ, Σοπικοί Δακτφλιοι, Λωρίδεσ, Πυρινασ Εικόνεσ και Παραδείγματα από Πραγματικά Κυκλϊματα Πολλαπλά τμιματα/νιςοι Vdd/Vss 2 1
Ροό Φυςικόσ χεδύαςησ Γενικι Χωροκζτθςθ Οριοκζτθςθ Εμβαδοφ Οριοκζτθςθ % Κενοφ Χϊρου επί του Εμβαδοφ των Πυλϊν Αντιςτοίχθςθ Ειςόδων/Εξόδων ςτισ Πλευρζσ Ειδικι Χωροκζτθςθ Επιλογι Θζςθσ για (α) Πρότυπεσ Μονάδεσ (Hard-Macros), όπωσ SRMs/Αναλογικά/CPU, (β) Κρίςιμεσ Μονάδεσ που μποροφμε να τοποκετιςουμε χειρονακτικά Ειςαγωγι Περίφραξθσ (Halo) για Σροφοδοςία των (α) Μείωςθ Μικουσ των υνδζςεων Σοποκζτθςθ Σοποκζτθςθ των πυλϊν του κυκλϊματοσ Κακοδθγείται από (α) τθν τατικι Ανάλυςθ και τα Κρίςιμα Μονοπάτια και (β) το μικοσ των ςυνδζςεων (HP) Παραςιτικι RC Εξόρυξθ μασ παρζχει το πρϊτο αποτζλεςμα από το φυςικό ςτάδιο, μζςω προςεγγιςτικισ διαςφνδεςθσ Δθμιουργία Δζντρων Ρολογιϊν Τλοποίθςθ Δζντρων βάςθ Περιοριςμϊν (α) Απόκλιςθσ, (β) Βάκουσ Ειςαγωγι των Δζντρων ςτο κφκλωμα, ςε φυςικζσ κζςεισ Επιτόπια Βελτιςτοποίθςθ Βελτιςτοποίθςθ Μεγεκϊν Πυλϊν Ειςαγωγι Ενιςχυτϊν όπου υπάρχει μεγάλο φορτίο RC Μείωςθ Fanout με Πολλαπλαςιαςμό Πυλϊν Αναδόμθςθ Λογικισ (πολικότθτα ι μερικι ςφνκεςθ) Κακολικι δθμιουργία καναλιϊν Σοπικι διαςφνδεςθ καναλιϊν Κακοδθγείται από (α) τατικι Ανάλυςθ, (β) Επαγωγι και άλλα φαινόμενα Σελικι τατικι Ανάλυςθ και Προςομοίωςθ Λεπτομερζςτατθ Εξόρυξθ όλων των RC Παραςιτικϊν Χριςθ τθσ Ακριβζςτερθσ Δυνατισ μθχανισ τατικισ Ανάλυςθσ Χριςθ του Ιδίου Πλαιςίου Ελζγχου 3 χεδύαςη τοιχεύων (Cells) Standard Cells Βαςικόσ κόκκοσ, «κφτταρα» τθσ λογικισ ςε ροζσ ED Απευκφνονται ςε ροζσ Λογικισ φνκεςθσ Σοποκζτθςθσ, σ Όμοιο φψοσ, διαφορετικό πλάτοσ Μονάδεσ Δεδομζνων - Datapath Για ομοιογενι, ομοιόμορφα ςχζδια (αρικμθτικζσ-λογικζσ πράξεισ: ακροιςτζσ, ολιςκθτζσ, πολλαπλαςιαςτζσ, κτλ.) Εμπεριζχουν διαςυνδζςεισ, μερικζσ φορζσ όχι όλεσ τακερό φψοσ και πλάτοσ 4 2
Μεθοδολογύα Standard Cells - 1980 Κανάλι Διαζσνδέζεων ζήμαηα 5 Μεθοδολογύα Standard Cells 1990- Ανηιζηραμμένο Χωρίς Κανάλια Διαζσνδέζεων M2 M3 Ανηιζηραμμένο 6 3
Standard Cell - Δομό N Well Cell height 12 metal tracks Metal track is approx. 3 + 3 Pitch = repetitive distance between objects Cell height is 12 pitch 2 In Out Cell boundary Rails ~10 7 NND 2 Ειςόδων 2-input NND gate Out 8 4
Λογικόσ Γρϊφοσ τατικόσ Πύλησ CMOS Μθ κατευκυντικόσ Γράφοσ Πφλθσ Οριςμόσ Για κάκε πφλθ μποροφμε να παράγουμε ζναν γράφο με μθ κατευκυντικζσ ακμζσ, όπου: Σρανηίςτορ = μη-κατευθυντικές ακμές Εςωτερικά-Εξωτερικά θμεία ςφνδεςεισ = κόμβοι Μονοπάτι Euler - Οριςμόσ Διαδρομι που περιζχει όλουσ τουσ κόμβουσ του γράφου διατρζχοντασ τθν κάκε ακμι μια μόνο φορά (Ανάλογο με τον γρίφο ηωγραφικισ «δεν ςθκϊνουμε το μολφβι» για να ηωγραφίςουμε ζνα ςχιμα) Ένα κοινό μονοπάτι Euler για τα PDN, PUN συνεπάγεται υλοποίηση της κάτοψης πφλης με μη διακοπτόμενη διάχυση 9 Λογικόσ Γρϊφοσ τατικόσ Πύλησ CMOS j C Λογικός Γράθος X C PUN X = C ( + ) X i C i j C PDN 10 5
Δυο εκδοχϋσ τησ Χ = (C. (+)) C C X X 11 NND 4 Ειςόδων - Κϊτοψη Vdd 5 6 7 8 In 1 In 2 In 3 In 4 Out In 1 4 W/L = 9λ/2λ In 2 3 Out Out In 3 2 W/L = 3λ/2λ In 1 In 2 In 3 In 4 In 4 1 12 In1 In2 In3 In4 6
Παρϊδειγμα: Πολυπλϋκτησ ςε λογικό Μεταβύβαςησ S S S VDD M2 S F M1 S In 1 S S In 2 13 χεδιαςτικού Κανόνεσ 14 7
Βαςικό τοιχεύο (Standard Cell) ςε αφηρημϋνη μορφό Η κάτοψθ των βαςικϊν πυλϊν δεν περιγράφεται πλιρωσ, αλλά ωσ είςοδοι/ζξοδοι και εμπόδια ςτα επίπεδα μετάλλων 15 Βαςικό Δομό Κϊτοψησ Ολοκληρωμϋνου 16 8
Βαςικό Δομό Κϊτοψησ Ολοκληρωμϋνου Πλαίςιο Επικεμάτων Επικζματα Ειςόδων/Εξόδων, Vdd/Vss Γεμίςματα που κλείνουν τον δακτφλιο Πυρινασ ειρζσ των Πυλϊν Ζτοιμεσ Μονάδεσ Απαιτοφν Σροφοδοςία Σζμνουν τισ ειρζσ Σοπικοί Δακτφλιοι Σροφοδοςία Ρεφματοσ Εξωτερικοί: τροφοδοτοφν τισ ειρζσ και τουσ Σοπικοφσ Κάκετεσ Παροχζσ (Λωρίδεσ Stripes) 17 Λεπτομερϋςτερη Δομό του Πυρόνα 18 9
Παρϊδειγμα Πραγματικόσ Διϊταξησ από Βιομηχανικό Κύκλωμα 19 Εςτύαςη ςε Αςύμμετρο Σμόμα 20 10
Εςτύαςη ςε Αςύμμετρο Σμόμα 21 22 11
Παρϊδειγμα Έγκυρησ Σοποθϋτηςησ 23 Σοποθϋτηςη με Πολλαπλϊ Σμόματα/Νόςουσ Vdd/Vss 24 12
Σοποθϋτηςη και Διαςύνδεςη με Πολλαπλϊ Σμόματα/Νόςουσ Vdd/Vss 25 Μεγϋθυνςη Διαςτϊςεων 26 13