在数字ic中逻辑级数对时序影响的分析与研究【字数：9306】
摘 要伴随集成电路行业的发展，面临着芯片尺寸逐步减小、功耗降低、时序约束大、密度高等挑战。本文采用7nm工艺，通过运用ICC2对芯片模块进行物理实现，模块利用率达56%，得到了模块各阶段的时序报告。根据时序报告结果，分析逻辑级数对时序的影响，结合时序约束的要求，本文提出了三种时序路径中存在逻辑级数过长问题的解决方法。通过实验的最后时序报告显示，芯片设计不仅减少了逻辑级数，对时序也有不同程度的改善、绕线后的DRC违例个数由254减至1，降低了功耗、保证了设计的功能性、达到生产预期标准。最后提供了使用Perl语言编写的脚本，用于抽取逻辑级数的数量，提高了工作效率。
目 录
第一章 绪论 4
1.1 数字集成电路的发展 4
1.2 国外研究现状 5
1.3 国内研究现状 5
第二章 后端设计相关方法及原理 7
2.1 层次化设计 7
2.2 展平式设计 7
第三章 7nm工艺芯片物理设计实现 10
3.1 数据准备 10
3.2 模块布图规划 10
3.3 模块布局规划 11
3.4 时钟树综合 12
3.5 布线 12
第四章 组合逻辑电路的逻辑级数优化 14
4.1 逻辑级数对时序的影响 14
4.2 布图阶段单元位置摆放修改 14
4.3 布局阶段逻辑级数优化 15
4.3.1 group path增大重视权重 15
4.3.2 创建局部placement blockage 17
第五章 设计时序报告结果分析 20
5.1 设计前结果分析 20
5.1 设计后结果分析 20
结束语 22
致 谢 23
参考文献 24
附录 25
附录A 修改前时序报告 25
附录B 修改后时序报告 26
附录C 抽取逻辑级数脚本 27
第一章 绪论
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
1.1 数字集成电路的发展
当前IC公司一般分为如下三类：
第一种分类：整机厂式，企业设立自己的晶圆厂房，专门生产自家设计的产品，直到近几年才开始对外接代工订单。
第二种分类：无晶圆厂式，IC design house即通称为Fabless，没有自建晶圆厂房的IC设计公司，没有制造芯片的业务、只专注于进行芯片的所有设计，如高通、博通等。
第三种分类：纯晶圆代工厂Foundry，只负责为外部客户制造芯片，不涉及设计、销售方面。
集成电路行业在最近一两年国内的行业趋势，总体来说是可以分为两种，第一种趋势是国内IC行业的崛起，第二种趋势是：整机带动芯片发展。
集成电路行业在刚开始的发展的时候都是整机厂，这种模式下的公司从设计、制造到销售包办全部流程，即制造自己设计的芯片的同时，扮演着代工厂的角色，并为其他公司提供代工服务，而且整机厂有自己的基站，无线网络，终端部门，这些部门本身就需要大量的芯片。目前行业巨头的行业模式更趋向于整机的发展模式。这种发展模式下，有自己的芯片部门打造自己架构，后根据市场方向，定位设计生产方向，自家工厂打造生产销售或提供给自己公司内部使用，集成了芯片生产中的所有流程。从企业竞争力来说，虽然工作量庞大，可以消减企业内部的成本，且高利润回报，同时也需要雄厚的资金资本支持。
但由于行业本身对资金的要求高，企业没有庞大的基金支持兼顾研发与制造两个环节，由此将设计和制造两大部分由整体一分为二，将精力集中在芯片的电路设计，最后负责销售成品及研究市场，即无厂半导体公司，这样的产业模式可以给制造商节约很大一部分成本。最后芯片交付合作厂商，由其进行晶圆代工。此类只负责制造芯片的公司简称为纯晶圆代工工厂。充分利用其生产线，面向多家半导体公司，提供芯片制造的服务。但缺点也尤其突出，设计出来的芯片，代工厂对最后成品影响非常大，达不到预期设计的效果。
近年来，IP核公司的发展尤为迅猛。此类只负责设计电路架构设计研发的IP供应商称为IP核公司。此类公司只负责设计IP，将设计授权授予合作公司，大大节约了合作伙伴的研发时间成本。其中包括处理器架构、电路架构等，由于具有灵活适应市场的有点，使得此类公司在市场中大受欢迎。
但现在随着行业的发展，无晶圆厂的缺点日益明显，单纯的IC design house 优势不大，在市场的推动下，Fabless一类的传统芯片设计公司数量变得越来越少，由此发展趋势来看，芯片行业又走向一个集合的过程。
1.2 国外研究现状
随着美国德州仪器于1958年第一块集成电路的发明，美国IC产业如雨后春笋一般得到发展，60年间，IC产业西部向东部转移。20世纪初期到90年代末，集成电路的研究成果几乎被运用于国家军事领域。尔后随着CPU、存储器、模拟器件等广泛运用，标志着集成电路开始进入民用电子领域进而进一步确定了美国在集成电路领域的霸主地位。
早期美国的集成电路行业多采用你整机厂式的一体化组织架构，从设计、制造到最后的封装测试均有自家部门及厂房完成，也形成了企业资产负荷重、规模过于庞大、变通不畅的局面，由此集成电路产业经历着分分合合。而随着经济全球化，美国企业开始将中低端利润较低的制造环节向劳动力成本较低的亚洲地区转移并成立外包晶圆制造公司。随着第三次工业革命的兴起，美国市场涌现出一批优秀的轻结构的Fabless企业。从1994年仅有三家营业额超过2.5亿美元的Fabless企业发展到如今美国芯片占全球市场份额大69%。如今国际上，工具软件厂商份额占比最多的三大巨头分别是Synopsys，Cadence，Mentor。近年相继发展开来的人工智能、医疗等多个领域，IC产业俨然已成为美国经济增长的助力器。
目 录
第一章 绪论 4
1.1 数字集成电路的发展 4
1.2 国外研究现状 5
1.3 国内研究现状 5
第二章 后端设计相关方法及原理 7
2.1 层次化设计 7
2.2 展平式设计 7
第三章 7nm工艺芯片物理设计实现 10
3.1 数据准备 10
3.2 模块布图规划 10
3.3 模块布局规划 11
3.4 时钟树综合 12
3.5 布线 12
第四章 组合逻辑电路的逻辑级数优化 14
4.1 逻辑级数对时序的影响 14
4.2 布图阶段单元位置摆放修改 14
4.3 布局阶段逻辑级数优化 15
4.3.1 group path增大重视权重 15
4.3.2 创建局部placement blockage 17
第五章 设计时序报告结果分析 20
5.1 设计前结果分析 20
5.1 设计后结果分析 20
结束语 22
致 谢 23
参考文献 24
附录 25
附录A 修改前时序报告 25
附录B 修改后时序报告 26
附录C 抽取逻辑级数脚本 27
第一章 绪论
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1.1 数字集成电路的发展
当前IC公司一般分为如下三类：
第一种分类：整机厂式，企业设立自己的晶圆厂房，专门生产自家设计的产品，直到近几年才开始对外接代工订单。
第二种分类：无晶圆厂式，IC design house即通称为Fabless，没有自建晶圆厂房的IC设计公司，没有制造芯片的业务、只专注于进行芯片的所有设计，如高通、博通等。
第三种分类：纯晶圆代工厂Foundry，只负责为外部客户制造芯片，不涉及设计、销售方面。
集成电路行业在最近一两年国内的行业趋势，总体来说是可以分为两种，第一种趋势是国内IC行业的崛起，第二种趋势是：整机带动芯片发展。
集成电路行业在刚开始的发展的时候都是整机厂，这种模式下的公司从设计、制造到销售包办全部流程，即制造自己设计的芯片的同时，扮演着代工厂的角色，并为其他公司提供代工服务，而且整机厂有自己的基站，无线网络，终端部门，这些部门本身就需要大量的芯片。目前行业巨头的行业模式更趋向于整机的发展模式。这种发展模式下，有自己的芯片部门打造自己架构，后根据市场方向，定位设计生产方向，自家工厂打造生产销售或提供给自己公司内部使用，集成了芯片生产中的所有流程。从企业竞争力来说，虽然工作量庞大，可以消减企业内部的成本，且高利润回报，同时也需要雄厚的资金资本支持。
但由于行业本身对资金的要求高，企业没有庞大的基金支持兼顾研发与制造两个环节，由此将设计和制造两大部分由整体一分为二，将精力集中在芯片的电路设计，最后负责销售成品及研究市场，即无厂半导体公司，这样的产业模式可以给制造商节约很大一部分成本。最后芯片交付合作厂商，由其进行晶圆代工。此类只负责制造芯片的公司简称为纯晶圆代工工厂。充分利用其生产线，面向多家半导体公司，提供芯片制造的服务。但缺点也尤其突出，设计出来的芯片，代工厂对最后成品影响非常大，达不到预期设计的效果。
近年来，IP核公司的发展尤为迅猛。此类只负责设计电路架构设计研发的IP供应商称为IP核公司。此类公司只负责设计IP，将设计授权授予合作公司，大大节约了合作伙伴的研发时间成本。其中包括处理器架构、电路架构等，由于具有灵活适应市场的有点，使得此类公司在市场中大受欢迎。
但现在随着行业的发展，无晶圆厂的缺点日益明显，单纯的IC design house 优势不大，在市场的推动下，Fabless一类的传统芯片设计公司数量变得越来越少，由此发展趋势来看，芯片行业又走向一个集合的过程。
1.2 国外研究现状
随着美国德州仪器于1958年第一块集成电路的发明，美国IC产业如雨后春笋一般得到发展，60年间，IC产业西部向东部转移。20世纪初期到90年代末，集成电路的研究成果几乎被运用于国家军事领域。尔后随着CPU、存储器、模拟器件等广泛运用，标志着集成电路开始进入民用电子领域进而进一步确定了美国在集成电路领域的霸主地位。
早期美国的集成电路行业多采用你整机厂式的一体化组织架构，从设计、制造到最后的封装测试均有自家部门及厂房完成，也形成了企业资产负荷重、规模过于庞大、变通不畅的局面，由此集成电路产业经历着分分合合。而随着经济全球化，美国企业开始将中低端利润较低的制造环节向劳动力成本较低的亚洲地区转移并成立外包晶圆制造公司。随着第三次工业革命的兴起，美国市场涌现出一批优秀的轻结构的Fabless企业。从1994年仅有三家营业额超过2.5亿美元的Fabless企业发展到如今美国芯片占全球市场份额大69%。如今国际上，工具软件厂商份额占比最多的三大巨头分别是Synopsys，Cadence，Mentor。近年相继发展开来的人工智能、医疗等多个领域，IC产业俨然已成为美国经济增长的助力器。
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