面向模拟集成电路的可变线宽布线方法、装置及设备

本技术涉及电子设计自动化，尤其涉及面向模拟集成电路的可变线宽布线方法、装置及设备。

背景技术：

1、随着集成电路工艺尺寸持续缩小与集成度不断提升，模拟集成电路中的电源、地及高电流互连线布线面临严峻挑战。此类布线需同时满足连通性、障碍物规避、金属层方向约束、工艺间距及长期可靠性等多重要求。由于模拟电路对供电稳定性、寄生效应及器件工作点极为敏感，布线产生的电阻压降、电流密度超标等问题，极易导致电路性能恶化与可靠性下降。

2、目前，传统自动布线方法在处理多端口线网时，易生成冗余拓扑。主流方法常将电压降与电迁移等电气约束割裂处理，或采用固定线宽策略，其无法根据分支电流与工艺参数动态适配，且可变线宽扩大后出现不满足工艺规则约束的问题，导致后期需频繁返工，严重影响了供电稳定性。

3、因此，针对模拟集成电路电源及高电流线网，如何克服线宽分配僵化以及优化与规则修复脱节的缺陷，以保证供电稳定性，是目前亟需解决的一个问题。

技术实现思路

1、本技术的主要目的在于提供一种面向模拟集成电路的可变线宽布线方法、装置及设备，旨在解决针对模拟集成电路电源及高电流线网，如何克服线宽分配僵化以及优化与规则修复脱节的缺陷，以保证供电稳定性的技术问题。

2、为实现上述目的，本技术提出一种面向模拟集成电路的可变线宽布线方法，所述的方法包括：

3、获取布线输入数据，所述布线输入数据包括布局结果、网表连接关系、端口坐标、障碍物区域、电气约束和工艺参数；

4、根据所述布局结果、所述工艺参数以及所述端口坐标构建避障生成图；

5、基于所述网表连接关系在所述避障生成图中进行多源最短路径搜索，并通过引入斯坦纳点进行局部拓扑细化，生成满足障碍物约束的至少一个候选布线拓扑；

6、对所述候选布线拓扑中的线段进行同层冲突关系检测，根据检测到的同层冲突关系构建层冲突网络，并基于所述层冲突网络对所述候选布线拓扑中的各线段分配金属层，输出带有金属层信息的候选布线拓扑；

7、基于所述电气约束和所述工艺参数建立线宽优化模型，对所述带有金属层信息的候选布线拓扑中的各线段进行线宽优化，得到优化线宽；

8、根据所述优化线宽对所述带有金属层信息的候选布线拓扑进行规则检验，对存在规则冲突的局部线段进行绕行修复，输出目标布线结果。

9、在一实施例中，所述根据所述布局结果、所述工艺参数以及所述端口坐标构建避障生成图的步骤，包括：

10、根据所述布局结果确定所述障碍物区域；

11、根据所述工艺参数中的最小间距对所述障碍物区域进行扩展，得到扩展障碍物区域；

12、将所述端口坐标对应的端口节点和所述扩展障碍物区域的角点加入候选节点集合；

13、对所述候选节点集合中的各候选节点执行方向扫描，查找每个候选节点在各扫描方向上的候选邻居节点，生成候选边；

14、判断每条候选边是否穿越所述扩展障碍物区域，将未穿越所述扩展障碍物区域的候选边加入避障生成图。

15、在一实施例中，所述基于所述网表连接关系在所述避障生成图中进行多源最短路径搜索，并通过引入斯坦纳点进行局部拓扑细化，生成满足障碍物约束的至少一个候选布线拓扑的步骤，包括：

16、基于所述网表连接关系在所述避障生成图中进行多源最短路径搜索，得到初始端口区域连接关系；

17、在所述端口区域连接关系中引入直角斯坦纳点，对局部连接结构进行直角化和拓扑细化；

18、判断引入的斯坦纳点是否落入所述扩展障碍物区域，以及连接线段是否穿越所述扩展障碍物区域；

19、当所述斯坦纳点落入所述扩展障碍物区域或所述连接线段穿越所述扩展障碍物区域时，沿所述扩展障碍物区域的边界生成绕行点，将非法点或非法线段替换为所述绕行点，生成候选布线拓扑。

20、在一实施例中，所述对所述候选布线拓扑中的线段进行同层冲突关系检测的步骤，包括：

21、判断所述候选布线拓扑中的任意两条线段在同一金属层上的投影关系，所述投影关系包括水平线段与垂直线段的平面投影相交，以及同向线段在走线方向上的投影区间重叠；

22、当存在所述投影关系时，根据两条线段的预估线宽、所述工艺参数中对应金属层的最小间距以及两条线段的中心线距离，判断所述任意两条线段之间是否存在交叉冲突、重叠冲突或间距不足冲突；

23、若存在交叉冲突、重叠冲突或间距不足冲突，则将两条线段标记为存在同层冲突关系。

24、在一实施例中，所述根据检测到的同层冲突关系构建层冲突网络，并基于所述层冲突网络对所述候选布线拓扑中的各线段分配金属层，输出带有金属层信息的候选布线拓扑的步骤，包括：

25、根据各线段参与的同层冲突关系的数量、冲突类型、总重叠长度、线段长度和预估线宽确定线段层分配优先级；

26、按照线段层分配优先级由高至低的顺序，以线段为节点、以所述同层冲突关系为边构建层冲突树；

27、根据层冲突树，按照优先级从高到低依次为各线段分配金属层，其中，为当前线段分配金属层时，选择与已分配线段不存在所述同层冲突关系且方向匹配的金属层；

28、当存在无法分配到满足冲突约束的金属层的线段时，触发已分配线段的金属层重分配，若重分配后所有线段均分配到满足冲突约束的金属层，则输出带有金属层信息的候选布线拓扑；

29、若不存在可行的金属层重分配方案，则将当前候选布线拓扑标记为不可行，并切换至其他候选布线拓扑继续处理。

30、在一实施例中，所述基于所述电气约束和所述工艺参数建立线宽优化模型，对所述带有金属层信息的候选布线拓扑中的各线段进行线宽优化，得到优化线宽的步骤，包括：

31、根据所述电气约束中的电源节点位置、负载节点位置和各负载节点电流，结合所述网表连接关系确定各线段的分支电流以及各负载节点的源到负载路径；

32、根据所述工艺参数中的金属电阻参数、金属厚度和允许最大电流密度，将线段的电阻表示为线宽的倒数关系，将线段的电流密度表示为线宽的倒数关系，将负载节点的累计电压降表示为所述源到负载路径上各线段电阻与对应分支电流乘积的累加和；

33、以总布线面积最小化为目标，以各负载节点的累计电压降不超过所述电气约束中的允许电压降阈值，以及各线段的电流密度不超过所述工艺参数中的允许最大电流密度为约束，建立所述线宽优化模型；

34、基于所述线宽优化模型对所述带有金属层信息的候选布线拓扑中的各线段进行线宽优化，得到优化线宽。

35、在一实施例中，所述基于所述线宽优化模型对所述带有金属层信息的候选布线拓扑中的各线段进行线宽优化，得到优化线宽的步骤，包括：

36、根据所述线宽优化模型，分别计算每条线段的第一线宽下界和第二线宽下界，并取所述第一线宽下界、所述第二线宽下界和所述工艺参数中的工艺最小线宽中的最大值作为每条线段的可行线宽下界，所述第一线宽下界满足电压降约束，所述第二线宽下界满足电迁移约束；

37、以所述可行线宽下界为初始线宽下界，对所述线宽优化模型进行解析求解，得到每条线段的解析估计线宽，并将所述解析估计线宽与所述可行线宽下界中的较大值作为每条线段的初始线宽；

38、以所述初始线宽为起点，迭代更新各线段的线宽，每次迭代后将更新后的线宽投影至可行区间内，直至满足收敛条件，输出优化线宽，可行区间基于所述工艺最小线宽、所述第一线宽下界以及所述第二线宽下界进行限定。

39、在一实施例中，所述根据所述优化线宽对所述带有金属层信息的候选布线拓扑进行规则检验，对存在规则冲突的局部线段进行绕行修复，输出目标布线结果的步骤，包括：

40、对于同一金属层中经线宽优化后的相邻线段，根据所述优化线宽、工艺参数中对应金属层的最小间距以及中心线距离进行规则检验；

41、当检测到规则冲突时，在冲突线段两侧生成候选偏移方向，优先对冲突线段中线宽较小者进行局部u型绕线替换，得到中间布线结果，所述u型绕线由一条偏移平行线段和两条正交连接线段组成；

42、若在所述中间布线结果仍存在规则冲突，则继续执行局部偏移、换层绕行或局部重新布线；

43、若规则冲突被消除，则得到目标布线结果；

44、若不存在可行修复方案，则将当前候选布线拓扑标记为不可合法化，并切换至其他候选布线拓扑继续处理。

45、此外，为实现上述目的，本技术还提出一种面向模拟集成电路的可变线宽布线装置，所述面向模拟集成电路的可变线宽布线装置包括：

46、数据获取模块，用于获取布线输入数据，所述布线输入数据包括布局结果、网表连接关系、端口坐标、障碍物区域、电气约束和工艺参数；

47、避障生成模块，用于根据所述布局结果、所述工艺参数以及所述端口坐标构建避障生成图；

48、拓扑细化模块，用于基于所述网表连接关系在所述避障生成图中进行多源最短路径搜索，并通过引入斯坦纳点进行局部拓扑细化，生成满足障碍物约束的至少一个候选布线拓扑；

49、拓扑候选模块，用于对所述候选布线拓扑中的线段进行同层冲突关系检测，根据检测到的同层冲突关系构建层冲突网络，并基于所述层冲突网络对所述候选布线拓扑中的各线段分配金属层，输出带有金属层信息的候选布线拓扑；

50、线宽优化模块，用于基于所述电气约束和所述工艺参数建立线宽优化模型，对所述带有金属层信息的候选布线拓扑中的各线段进行线宽优化，得到优化线宽；

51、结果输出模块，用于根据所述优化线宽对所述带有金属层信息的候选布线拓扑进行规则检验，对存在规则冲突的局部线段进行绕行修复，输出目标布线结果。

52、此外，为实现上述目的，本技术还提出一种电子设备，所述电子设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序配置为实现如上文所述的面向模拟集成电路的可变线宽布线方法的步骤。

53、本技术提出的一个或多个技术方案，至少具有以下技术效果：

54、（1）获取布线输入数据；根据布局结果、工艺参数以及端口坐标构建避障生成图，基于网表连接关系在避障生成图中进行多源最短路径搜索，并进行局部拓扑细化，生成满足障碍物约束的至少一个候选布线拓扑；对候选布线拓扑中的线段进行同层冲突关系检测并构建层冲突网络，基于层冲突网络对候选布线拓扑中的各线段分配金属层，输出带有金属层信息的候选布线拓扑；基于电气约束和工艺参数建立线宽优化模型，对带有金属层信息的候选布线拓扑中的各线段进行线宽优化；根据优化线宽对候选布线拓扑进行规则检验并进行绕行修复，输出目标布线结果。针对模拟集成电路电源及高电流线网，通过避障拓扑、层分配、线宽优化与规则合法化的全流程协同，克服了线宽分配僵化以及优化与规则修复脱节的缺陷，保证了供电稳定性。

55、（2）结合电气约束和网表连接关系精准确定各线段分支电流及对应源到负载路径的技术手段，为线宽优化提供准确的电气输入。由于将线段电阻、电流密度、负载节点累计电压降统一表示为线宽函数关系，解决了电压降、电迁移、线宽之间的耦合关系难以量化建模的问题，把离散的物理约束转化为连续可求解的数学表达式，为构建统一的线宽优化模型奠定了理论基础。由于采用了以总布线面积最小化为目标，同时叠加负载节点电压降约束和线段电流密度约束构建线宽优化模型的技术手段，能够在单一优化框架下同时兼顾供电稳定性、长期可靠性和布线资源利用率。采用了分别基于电压降和电迁移约束计算双下线宽下界，再结合工艺最小线宽确定可行线宽下界的技术手段，确保优化全过程始终在可行域内开展，降低了约束违反的概率。基于可行线宽下界解析求解初始线宽，再以初始线宽为起点迭代更新并将结果投影至可行区间，既减少了迭代计算开销，又保证了最终结果的全局最优性和约束满足率。