Table of Contents

VLSI 后端（物理）设计

2022-05-17
4 min read
EE , EDA
Featured Image

EDA(Electronic Design Automation) 应用领域广泛，有电路仿真、PCB 布局、分析与验证等，本文以介绍数字芯片设计工具为主

现代电子设计技术的核心是 EDA 技术。EDA 技术依靠电子计算机，在 EDA 工具软件平台上，对以硬件描述语言（HDL）为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、仿真，直至下载到可编程逻辑器件、CPLD/FPGA 或专用集成电路 ASIC 芯片中，实现既定的电子电路设计功能

EDA 学习如果可以实践则可以事半功倍，各大 EDA 厂商提供了各种 workshop/lab 用于教授客户使用不同工具。以 Synopsys 为例：

  1. PR 工具 ICC2 的教程示例：
    1. 《IC Compiler II: Block-level Implementation Workshop Student Guide》，教学手册，最好从教学手册看起
    2. 《IC Compiler II: Block-level Implementation Workshop Lab Guide》，实验手册。实验文件（lab）和手册可以从其他网站下载，例如：EETOP
    3. 《IC Compiler II xxx User Guide》，各类帮助手册
  2. PrimeTime 的官方学习资料有：《PrimeTime Workshop Student Guide》/《PrimeTime Workshop Lab Guide》/《PrimeTime User Guide》
  3. 除 ICC2/PT，Synopsys 还为其他工具提供了 Workshop，例如：DC、StarRC、SiliconSmart 等。其他公司也有类似于 Synopsys Workshop lab 相关的工具（例如 Cadence 的 Innovus）。本文不做额外介绍，请参考其他资料

书籍&视频

  1. VLSI 后端（物理设计）：《Physical Design Essentials》 / 《数字集成电路物理设计》 / 《CMOS集成电路后端设计与实战》 / 《超大规模集成电路物理设计》 /
  2. CMOS 设计基础：《CMOS VLSI Design, A Circuits and Systems Perspective》 & Supplements / cmosedu.com /
  3. 硅工艺：《科技时代的先锋：半导体面面观》 / 《纳米集成电路制造工艺》 /
  4. 静态时序分析：《STA for Nanometer Designs》 & 中文翻译 / 《集成电路静态时序分析与建模》 / STA 入门视频（邸志雄） /
    1. PrimeTime® User Guide / 开源实现：OpenSTA & OpenTimer /
  5. 开源工具：Electric & material & book / Google 开源的 SkyWater PDK 教程 / silicon-notebooks / OpenLane / OpenROAD /

PDK&EDK

PDK（Process Design Kit）是晶圆厂针对自身工艺与 EDA 公司共同开发并免费提供给设计者的模拟/混合信号设计库，它主要包括技术文件（Technology file）、器件模型（Device model）、原理图符号（Schematic symbol）、参数单元（P-cell）、验证文件集（DRC/LVS/EXT）等。OpenROAD-flow-scripts 自带多个开源 PDK，例如：asap7、nangate45、sky130 和 Nangate45

  1. SkyWater 是 Google 开源的 PDK，包括 130nm 和 90nm。efabless 公司开源的 openlane1/2 使用了 skywater PDK 并新增了一些 timing lib，例如 nldm/ccs/ccsn 等， 细节可以参考这里。Google 另一个开源的 PDK 是 GF180MCU
  2. 北卡罗来纳州立大学 开源了一些 EDA 工具，包括 PDK。例如 NCSU CDK 是指使用 MOSIS 工艺的，适用于 Cadence 软件的工艺设计套件。FreePDK 则包含了 45nm、15nm 和 3nm PDK，一些资源可以从 eetop 上下载。Nagate，是基于 FreePDK 实现的标准单元库，包括 Nangate45 和 Nangate15， lib 可以从 OpenRoad 或者其他仓库下载，不过 Nangate15 似乎没有开源，没有下载地址
  3. ASAP7 是 7nm FinFET 开源 PDK，可以直接从 OpenRoad 下载，相关介绍可以参考官网
  4. TIGFET-10nm-SCLIB 是基于 TIGFET-10nm-PDK 实现的 10nm 标准单元库，当前只包含 NLDM timing

Synopsys 公司提供了 EDK（Educational Design Kit）套件 SAED（Synopsys Armenia Educational Department），便于大家学习 EDA 工具。SAED 在不断的迭代，从最初的 90nm1、32/28nm2 到比较新的 14nm3 EDK。Cadence 也有相关的培训资料 RAKs（Rapid Adoption Kits），且可以直接从其官网免费下载（需要登陆账号）。相关资料可以从其他网站下载

  1. Goldman, Richard, et al. “Synopsys’ open educational design kit: capabilities, deployment and future.” 2009 IEEE International Conference on Microelectronic Systems Education. IEEE, 2009. ↩︎

  2. Goldman, R., et al. “32/28nm educational design kit: Capabilities, deployment and future.” 2013 IEEE Asia Pacific Conference on Postgraduate Research in Microelectronics and Electronics (PrimeAsia). IEEE, 2013. ↩︎

  3. Melikyan, Vazgen, et al. “14nm educational design kit: Capabilities deployment and future.” Small Systems Simulation Symposium. 2018. ↩︎

#EE #circuit