一种三维集成电路固定轮廓布图规划方法、系统及介质

本技术涉及三维集成电路布图设计领域，特别是涉及一种三维集成电路固定轮廓布图规划方法、系统及介质。

背景技术：

1、布图规划是集成电路物理设计的关键环节，旨在芯片或器件层给定边界内确定功能模块的位置、朝向及互连关系，其结果直接影响布局、布线、时序、功耗、散热和良率。三维集成电路通过垂直堆叠多层提升集成密度并缩短互连，但其布图规划更复杂：模块需同时进行平面排布与层分配，跨层互连引入穿硅通孔等额外代价，而模块层间迁移可能缓解面积压力却增加互连或影响热分布。固定轮廓布图规划要求各层排布严格位于预定的边界内，超出轮廓将迫使后续阶段大幅调整，破坏设计预算，因此固定轮廓约束是早期设计能否顺利推进的重要前提。

2、现有方法多采用模拟退火、序列对、b-tree、解析优化、静电场模型或后处理合法化实现模块排布。二维场景中，局部移动、旋转、交换和插入可改善轮廓可行性；三维场景还需兼顾层分配、层内顺序和互连代价。序列对通过正负序列决定紧凑排布，是常用表示方法。处理固定轮廓时，常将轮廓溢出量作为惩罚项引入代价函数，并在搜索末期通过后处理合法化修正残余溢出；部分方法还引入随机破坏与修复策略，通过较大扰动跳出局部最优。但这些手段在低利用率或宽松约束时有效，高利用率固定轮廓场景下面临严峻挑战。

3、高利用率固定轮廓三维布图规划中，搜索常在接近可行时停滞，即最优溢出量仍为正，但常规扰动无法进一步降低。其原因并非单个过大模块，而是拥塞层中的局部排序结构、层分配与空白分布共同作用。以序列对为例，紧凑跨度由正负序列决定的局部前后关系形成关键链，即使移除瓶颈模块，若邻近排序关系保留，重新插入后仍恢复类似溢出。传统后处理仅在搜索结束后修正，无法及时改变局部结构；随机扰动虽扩大邻域，但缺乏对拥塞层、溢出方向和序列对关系的针对性识别，常误伤良好的互连局部性或未能切断真正支撑溢出的关键排序关系。综上，现有技术缺乏一种能在搜索中识别停滞状态、定位至拥塞层及其局部结构并进行针对性破坏与重构的解决方案。

技术实现思路

1、本技术的目的是提供一种三维集成电路固定轮廓布图规划方法、系统及介质，可在搜索过程中动态识别可行性停滞状态，将轮廓溢出问题精确定位至拥塞层及其局部相对顺序结构，并通过对该局部结构进行针对性破坏与重构，打破关键排序链，从而在保留互连优化效果的同时有效降低剩余轮廓溢出量，最终获得满足固定轮廓约束的可行排布方案。

2、为实现上述目的，本技术提供了如下方案：

3、第一方面，本技术提供了一种三维集成电路固定轮廓布图规划方法，包括：

4、获取三维集成电路的模块尺寸信息、线网信息、层数信息以及各层固定轮廓信息；

5、根据所述模块尺寸信息、线网信息、层数信息以及各层固定轮廓信息构建三维布图规划状态；所述三维布图规划状态包括模块层分配、模块朝向以及层内相对顺序表示；

6、基于所述模块层分配、模块朝向以及层内相对顺序表示，通过全局搜索算法对三维布图规划状态进行全局搜索，将发生可行性停滞时的布图状态确定为最优布图状态；

7、基于所述最优布图状态，根据各模块的瓶颈评分确定瓶颈模块；根据所述瓶颈模块，确定伴随模块；

8、在所述最优布图状态中移除瓶颈模块和伴随模块，并通过局部重构搜索算法进行局部布图重构，输出最优修复状态；

9、当最优修复状态满足预设的接受准则时，以最优修复状态作为当前布图状态继续全局搜索，输出三维布图规划结果；否则，以最优布图状态作为当前布图状态继续全局搜索，输出三维布图规划结果。

10、可选地，所述层内相对顺序表示包括序列对表示、b-tree表示、约束图表示或能够表征同层模块相对位置关系的等价表示。

11、可选地，通过全局搜索算法对三维布图规划状态进行全局搜索，将发生可行性停滞时的布图状态确定为最优布图状态，具体为：

12、对三维布图规划状态通过全局搜索算法进行全局搜索，在全局搜索算法的每一次迭代中，执行以下步骤：

13、根据所述模块层分配、模块朝向以及层内相对顺序表示，对各层模块进行紧凑排布，得到各模块坐标、各层使用宽度和各层使用高度；

14、根据各模块坐标、各层使用宽度和各层使用高度，计算各层轮廓溢出量、全局最大轮廓溢出量、总轮廓溢出量、线长和穿硅孔通孔需求估计值；

15、根据所述各层轮廓溢出量、全局最大轮廓溢出量、总轮廓溢出量、线长和穿硅孔通孔需求估计值，判断是否发生可行性停滞状态，若发生可行性停滞状态输出最优布图状态，若未发生可行性停滞状态，则继续全局搜索。

16、可选地，基于所述最优布图状态，根据各模块的瓶颈评分确定瓶颈模块，具体为：

17、根据所述最优布图状态，确定拥塞层；

18、计算拥塞层中各模块的瓶颈评分；

19、将各模块的瓶颈评分进行排序，将满足预设评分阈值的模块确定为瓶颈模块。

20、可选地，根据所述瓶颈模块，确定伴随模块，具体为：

21、根据瓶颈模块的层内相对顺序表示，将所述瓶颈模块预设距离内的模块确定为伴随模块。

22、可选地，在所述最优布图状态中移除瓶颈模块和伴随模块，并进行局部布图重构，输出最优修复状态，具体为：

23、在所述最优布图状态中移除所有瓶颈模块和所有伴随模块，得到当前布图状态；

24、将所有瓶颈模块和所有伴随模块通过局部重构搜索算法插入当前布图状态中，输出候选修复状态；

25、计算所述候选修复状态的修复评价键；若所述候选修复状态的修复评价键优于当前布图状态的修复评价键，则将候选修复状态作为当前布图状态继续局部重构搜索，输出最优修复状态。

26、可选地，所述局部重构搜索包括束搜索、贪心重插入搜索、候选队列搜索、动态规划搜索、局部枚举搜索及其组合。

27、可选地，所述修复评价键描述为：

28、

29、其中，表示修复评价键；表示候选状态是否不可行的标志；表示可行性指标组合；表示线长，表示穿硅通孔需求估计值，表示穿硅通孔需求估计值权重，表示局部重构搜索中的标量目标函数。

30、第二方面，本技术提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述中任一项所述的三维集成电路固定轮廓布图规划方法的步骤。

31、第三方面，本技术提供一种三维集成电路固定轮廓布图规划系统，包括：

32、数据获取模块，获取三维集成电路的模块尺寸信息、线网信息、层数信息以及各层固定轮廓信息；

33、三维状态构建模块，根据所述模块尺寸信息、线网信息、层数信息以及各层固定轮廓信息构建三维布图规划状态；所述三维布图规划状态包括模块层分配、模块朝向以及层内相对顺序表示；

34、全局搜索模块，基于所述模块层分配、模块朝向以及层内相对顺序表示，通过全局搜索算法对三维布图规划状态进行全局搜索，将发生可行性停滞时的布图状态确定为最优布图状态；

35、局部破坏确定模块，基于所述最优布图状态，根据各模块的瓶颈评分确定瓶颈模块；根据所述瓶颈模块，确定伴随模块；

36、局部重构修复模块，在所述最优布图状态中移除瓶颈模块和伴随模块，并通过局部重构搜索算法进行局部布图重构，输出最优修复状态；

37、结果输出模块，当最优修复状态满足预设的接受准则时，以最优修复状态作为当前布图状态继续全局搜索，输出三维布图规划结果；否则，以最优布图状态作为当前布图状态继续全局搜索，输出三维布图规划结果。

38、根据本技术提供的具体实施例，本技术公开了以下技术效果：

39、本技术提供了一种三维集成电路固定轮廓布图规划方法、系统及介质，通过构建包含模块层分配、模块朝向及层内相对顺序表示的三维布图规划状态，并基于搜索算法进行全局寻优，在发生可行性停滞时即锁定最优布图状态，能够有效避免因过度搜索导致的计算资源浪费，显著提升了布图规划的效率与收敛速度。同时，本技术基于瓶颈评分精准识别制约整体布局可行性的瓶颈模块，并进一步确定与所述瓶颈模块存在强耦合关系的伴随模块，能够在最优布图状态中实现缺陷模块的准确定位与局部剥离，避免了对全局布图结构的破坏性调整，从而在保证优化质量的前提下大幅降低了重构复杂度。基于瓶颈评分对各模块进行量化评估，精准识别制约整体布局可行性的瓶颈模块，并进一步确定与所述瓶颈模块存在强耦合约束关系的伴随模块，能够在锁定后的最优布图状态中实现问题模块的准确定位与定向剥离，避免了对全局布图结构的盲目调整，从而在保持原有优质布局骨架的前提下大幅降低了修复操作的复杂度与风险。采用局部重构搜索算法对移除瓶颈模块与伴随模块后的剩余布图状态进行定向优化重构。该局部重构策略仅针对冲突密集区域进行搜索调整，搜索空间远小于全局搜索，既能够快速消除制约可行性的关键违例，又避免了对全局已收敛结构的扰动，具有计算代价低、修复效率高的突出优势。

40、进一步地，本技术在获得最优修复状态后，通过预设的接受准则对其进行综合评估。当最优修复状态满足接受准则时，表明局部重构已成功实现性能提升，即将其作为当前布图状态继续全局搜索，从而充分利用修复后的可行性与目标函数双重优势加速收敛；当最优修复状态不满足接受准则时，表明修复效果未能超越原有最优状态，则保留最优布图状态继续全局搜索，有效防止了因采纳劣质修复状态而导致的性能回退。该有条件的择优更新机制确保了当前布图状态始终不劣于上一轮最优状态，实现了优化过程的严格非劣化演进，同时具备良好的兜底性能。