一种解耦布局布线流程的电源网络快速迭代电压降分析方法与流程

本发明涉及集成电路（ic）物理设计与电源完整性（power integrity）分析，尤其涉及一种在新工艺项目早期实现电源网络（power network/ power deliverynetwork，pdn）与布局布线（place&route,p&r）流程解耦、从而支持电源网络快速迭代的电压降（ir drop/voltage drop）分析方法。

背景技术：

1、随着集成电路制造工艺进入先进节点，供电电压持续降低、单元密度与电流密度持续升高，电源网络上的电压降（ir drop）问题日益严峻。过大的电压降会导致单元实际工作电压下降，进而引起时序退化、功能失效甚至芯片不可用，因此电源完整性分析（包括静态ir drop、动态ir drop与电迁移em分析）已成为芯片签核（signoff）流程中不可或缺的关键环节。

2、电压降问题的严重性在先进工艺节点下被进一步放大。先进节点下，芯片集成度持续提高，供电电流增大，同时金属互连线的截面积缩小使得电阻增大，ir=i×r的乘积效应更为突出。另一方面，为了降低芯片整体功耗，业界普遍采用降低供电电压的策略，但这意味着留给电源网络电压降的容忍裕度变得极其有限。因此，电源网络方案的快速迭代与充分探索对于确保芯片性能至关重要。

3、电源网络（pdn）的质量直接决定了电压降水平。芯片设计中，电源网络通常由多层金属构成的电源/地网格（power/ground mesh）、电源环（power ring）、电源条带（powerstripe）、过孔阵列（via array）以及标准单元电源轨（rail）等组成。电源网络的设计往往不能一次到位，通常需要经过设计电源网络、进行电压降分析、根据分析结果调整电源网络、再次进行电压降分析的循环反复迭代，直到电压降满足设计规范要求为止。

4、在现有的常规设计流程中，电压降分析所需的输入数据通常包括以下三种：

5、1、物理布局文件（def）：描述电压降分析所需的电源网络信息以及布局后的单元物理位置。

6、2、时序窗口文件（timing window file）：用于动态电压降分析中确定各单元的开关时刻与开关窗口，使瞬态电流叠加更接近真实情形；该文件由静态时序分析（sta）基于布局布线后的设计与寄生参数生成。

7、3、寄生rc参数（parasitic rc/spef）：包括信号网络的电阻、电容信息，通过寄生参数提取（rc extraction）从布局布线后的版图中获得。

8、在传统流程中，上述输入数据与布局布线结果紧密耦合。每当工程师调整电源网络后，业界普遍采用的做法是重新执行（或部分重新执行）完整的布局布线流程，包括重新布局（placement）、时钟树综合（cts）、布线（routing），再重新进行寄生参数提取与时序分析，最后才能进行新一轮的电压降分析。

9、这种做法存在以下显著缺陷：

10、（1）迭代周期长：一次完整的布局布线及后续提取、时序分析流程，对于大规模设计往往需要数天，电源网络通常需要多轮迭代，累计耗时巨大，严重制约项目进度。

11、（2）计算资源浪费：电源网络的调整一般仅改变供电网格本身的物理结构，并不改变标准单元的位置、信号网络的布线拓扑以及单元的开关活动和时序行为；然而传统流程却为了这一局部改动而重复执行与之无关的全部布局布线计算，造成大量重复且无意义的计算开销。

12、（3）新工艺早期尤为突出：在采用新工艺的项目早期（early stage），电源网络规划方案尚未固化，电源网络方案需要大量探索与迭代，传统流程的长周期问题在此阶段被进一步放大，成为制约新工艺平台快速建立的瓶颈。

13、因此，如何将电源网络迭代与布局布线流程解耦，使得在电源网络迭代过程中无需重复执行布局布线流程，从而缩短电源网络迭代周期，是当前集成电路物理设计领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种解耦布局布线流程的电源网络快速迭代电压降分析方法，以解决现有技术中电源网络迭代必须重复执行布局布线流程所导致的迭代周期长、计算资源浪费的技术问题。

2、本发明的核心思想是：洞察到在电源网络迭代过程中，标准单元位置、信号网络布线、单元开关活动及时序行为均保持不变，因而由布局布线流程产生的、与电源网络物理结构无关的中间数据（包括单元物理位置、寄生rc参数与时序窗口文件）可被复用，单元功耗信息也可被复用。基于此，本发明仅执行一轮完整的布局布线流程，并在该轮流程中提取并固化与电源网络物理结构解耦的可复用数据；在后续的电源网络迭代中，仅替换电源网络信息并据此重新进行电压降分析，而无需重复布局布线以及功耗分析流程，从而显著缩短电源网络迭代周期。

3、为实现上述目的，本发明提供一种解耦布局布线流程的电源网络快速迭代电压降分析方法，包括以下步骤：

4、步骤s1、一次性布局布线及数据提取阶段：对待分析设计执行一轮布局布线流程，得到布局布线后的设计数据；并基于设计数据提取并保存中间数据，中间数据为与电源网络物理结构解耦的、且在后续电源网络迭代中保持不变的数据。

5、优选地，布局布线流程包括布图规划、标准单元布局、时钟树综合及信号布线。

6、优选地，中间数据包括以下至少之一：标准单元物理位置、信号网络的寄生rc参数、时序窗口文件、标准单元功耗信息。在一个具体的实施方式中，中间数据包括标准单元物理位置、信号网络的寄生rc参数及时序窗口文件。中间数据以def文件、spef文件和时序窗口文件的形式分别保存。

7、更具体地，步骤s1中寄生rc参数通过对布局布线后的设计数据执行寄生参数提取得到。时序窗口文件由基于布局布线后的设计数据及寄生rc参数执行的静态时序分析生成，用于在动态电压降分析中确定各标准单元的开关时刻及开关窗口。

8、步骤s2、功耗分析：执行功耗分析，得到各标准单元的功耗信息，作为中间数据。

9、优选地，功耗分析包括：基于vcd波形反标或vectorless方式获取各标准单元的动态电流，用于动态电压降分析；以及获取各标准单元的平均电流，用于静态电压降分析。

10、步骤s3、电源网络替换阶段：在保持中间数据不变的前提下，获取待评估的电源网络信息，并将电源网络信息替换至电压降分析的输入数据中。

11、优选地，电源网络信息包括以下至少之一：电源条带、电源环、过孔阵列、电源网络金属层分配。在一个具体的实施方式中，电源网络信息可由def格式给出，至少包括电源环与电源条带的位置、宽度，以及过孔阵列的位置、数量、规格。

12、优选地，标准单元电源轨在电源网络替换过程中保持不变。

13、步骤s4、电压降分析阶段：基于替换后的电源网络信息及中间数据进行电压降分析，得到电压降分析结果，所述电压降分析结果包括标准单元的实际供电电压与理论供电电压的差值，即压降值；所述电压降分析包括静态电压降分析和动态电压降分析中的至少一项。

14、步骤s5、迭代判断阶段：判断电压降分析结果是否满足预设的电源完整性要求，若满足则输出电源网络方案，若不满足则根据电压降分析结果调整电源网络信息得到新的待评估的电源网络信息，并返回步骤s3。

15、优选地，预设的电源完整性要求包括动态电压降要求、静态电压降要求和电迁移要求中的至少一项。

16、优选地，根据电压降分析结果调整电源网络信息的方式包括以下至少之一：加宽电源带或电源网格、增密电源带或电源网格、增加过孔数量或过孔阵列尺寸、调整电源网络金属层分配。

17、其中，在步骤s3至步骤s5构成的电源网络迭代循环中，布局布线流程仅在步骤s1中执行一次，功耗分析流程仅在步骤s2中执行一次。

18、由上述方案可见，在整个电源网络迭代循环（步骤s3至步骤s5）中，布局布线和功耗分析流程仅在步骤s1和s2中执行一次，后续迭代不再重复执行，从而实现了电源网络迭代与布局布线和功耗分析流程的解耦。

19、根据本发明的一个实施例，方法应用于集成电路芯片级或模块级的电源网络设计与电压降分析场景。

20、本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：

21、1、显著缩短迭代周期：

22、本发明通过步骤s1仅执行一轮布局布线流程并提取中间数据，步骤s2仅执行一次功耗分析获取各标准单元的功耗信息，后续步骤s3至步骤s5构成的迭代循环中仅替换电源网络信息并据此重新进行电压降分析，无需重复执行布局布线流程。对于大规模集成电路设计，单轮电源网络迭代周期由传统流程的数天级缩短至数小时级，迭代效率提升一个数量级以上，大幅缩短迭代周期，有效解决了现有技术中因重复执行完整的布局布线流程所导致的迭代周期长的技术问题。

23、2、节省计算资源：

24、本发明通过步骤s1中提取并保存与电源网络物理结构解耦的中间数据，在后续迭代中始终保持中间数据不变，仅替换电源网络信息，避免了标准单元布局、时钟树综合、信号布线、寄生参数提取及时序分析的重复计算，显著降低了cpu工时、内存及eda工具授权等资源的消耗，有效解决了现有技术中因重复计算所导致的资源浪费的技术问题。

25、3、突破现有流程的串行依赖：

26、现有技术中，电源网络调整后必须重新执行布局布线才能进行电压降分析，流程呈串行绑定关系。本发明通过识别出标准单元位置、信号网络布线、单元开关活动及时序行为在电源网络迭代中保持不变，将原本串行的依赖流程拆分为可复用部分和可变部分，实现了电源网络迭代与布局布线流程的解耦，为电源网络快速迭代提供了新的技术路径。

27、4、迭代结果可比性好：

28、由于步骤s3至步骤s5的每轮迭代复用步骤s1中同一套中间数据，仅电源网络信息发生变化，因此各轮电压降分析结果之间具有良好的可比性，便于准确评估电源网络改动带来的真实影响，避免了因重新布局布线带来的随机扰动对结果对比的干扰。

29、5、适配新工艺早期快速探索：

30、在新工艺平台尚未固化、电源网络方案需要大量探索的早期阶段，本发明通过解耦布局布线流程与电源网络迭代，支持工程师在短时间内快速试验多种电源网络方案，加速电源网络收敛与新工艺平台的建立，为芯片设计流程节约大量时间。