ICC图文流程——(五)布线Route

ICC绕线阶段

主要任务：完成标准单元的信号线的连接，布线工具会自动进行布线拥塞消除、优化时序、减小耦合效应、消除窜扰、降低功耗、保证信号完整性等问题。

 

首先先介绍一下基于格点的布线理论

                            

 标准单元的高宽都被设计为为pitch的整数倍，因此其pin都可以放置在Grid Point上，为布线作准备。并且他们的高度都被设计成相同高度，这样可以整齐地放在rail上，这在placement阶段已经介绍过。

 

绕线阶段的命令为route_opt，该命令包含了布线阶段的三个部分：

·Global routing（全局布线）     

·Track assignment （布线通道分配）

·Detail routing （详细布线）    

其中Detail routing 又分为Detail routing 和Search and Repair （布线修补）

接下来一一介绍

 

·Global routing （全局布线）

全局布线Global routing，简称GR。它对整块芯片的走线做布局规划，并没有进行任何实际的走线（not lay down any metal traces）

GR会为指定的金属层和Gcells分配线路。

Gcell:全称global routing cells,也叫GRC，同样的它也是我们定义的一种grid, G cell grid对routing过程中起着相当重要的作用。

在floorplan阶段时，关于congestion（拥塞）的解释时已经提及GRC。

它定义在Lef或者floorplan文件(.def)中，当然初始时工具会根据设计和tech lef中情况自动生成.如下图所示，左侧为lef文件中关于GRC定义的解释，右侧为lef文件中GRC的定义格式举例。

                  

产生的GRC grid如下所示

右图为一个GRC中的示例图，如图所示，一个GRC中包含了15条tracks（通常一个gcell中会占有10几个track，根据design的不同有所变化），其中由于wires或OBS（route blockage）等被占用9条而其余6条属于可使用。global routing的目标是使得每个gcell的容量占有率在85%左右。

global route以gcell cell作为绕线参考网格，工具在绕线时会试图寻找gcell中的最短path。在global route时，软件只知道起点和终点，可以简单理解为两个具有连接关系的pin。但是不知道如何从起点走到终点。

                

但是GR会避开拥塞高以及blockages和P/G（rings/straps/rails）等区域，这样就能大概的设计出一个走线的大致路径。

            

但是GR只是进行了设计而并没有将线之间进行首尾连接，。如图为进行了GR，图中这些线代表了工具确定的大体位置及走向，但没有实际具有宽度的连线，不同的颜色代表了不同线层，并且给出孔的位置。

GUI>Route>Global Route

                                             

 

·Track Assignment（布线通道分配）

GR是基于gcell的分析，主要是分配绕线资源，根据global routing结果可以看看congestion情况，就是总体看绕线资源是否足够，是否合理，它并没有将绕线分配到具体的track上。

而布线通道分配将GR设计的每一连线分配到一定的track上，并且对连线进行实际布线，这个阶段不做DRC检查。

                                                                      

如上图所示，左图是GR形成的net，并没有首尾连线，而经过经过track assignment后，形成右图完整的net。并且，在track assignment阶段，布线尽可能走长直的金属连线，但同时会减少孔的个数。为了减少孔的个数，会形成jog（小范围地改变布线方向，如下图所示）。

                                             

TA阶段不做DRC的检查，即走线会产生许多DRC：Wire spacing；Wire width；Via rules（size；density；stackable etc..）

由Detail Route修复

                                          

 

·Detail Route（详细布线）

Detail route的工作主要将TA产生的DRC violation移除。方法：使用固定尺寸的switch box（sbox）来修复违规。

Sbox是整个版图平均划分的小格子，工具对每一个小格子内部的DRC进行修复，但是边界上的DRC修复不了。

            

Sbox由GRC构成,每个Sbox边缘会重叠一个GRC宽度（Sbox由GRC组成，两个sbox交叠的宽度为一个GRC的宽度）。

                                           

 

·Search and repair（布线修补）

通过逐渐增大Sbox的尺寸寻找和消除Detail routing中没有完全消除的DRC违规。

 

然后介绍一下布线的流程

 

·布线前检查

·检查设计中的违规，主要检查经过CTS的设计还是否存在setup hold违例等

icc_shell>report_constraint -all

 

·检查设计是否存在理想网络和高扇出，若存在，在route之前将他们修复

icc_shell>all_ideal_nets

                    all_high_fanout   -nets   -threshold 501  （扇出大于501pf就列出）

 

·确认布线方向

icc_shell>report_preferred_routing_direction

                                

一般来说，奇数层横向走线，偶数层纵向走线。

 

·确认TLUPlus文件已经加载

icc_shell>report_tlu_plus_files

 

·检测当前设计合理性，该命令用与检测当前设计的placement是否合理，输出违规报告

icc_shell>check_legality

检测：

1. 标准单元是否在row上

2. 标准单元是否相互重叠

3. 标准单元是否与blockages交叉

4. 标准单元所摆放的row上存在不允许的方向的标准单元

5. Cells with a core site type not equal to that of the row on which cells are placed

（根据我的理解是边缘处结构和中间结构不一致，将使得芯片边缘处标准单元的时序和中间标准单元不一致。这涉及到floorplan阶段添加的EndCAP cell，在28 nm以及更小尺寸的工艺中才需要添加。

为了保证栅以及氧化层的一致性，需要在标准单元Row两端放置EndCAP，用来保证两边的标准单元左右环境的一致性。避免在光刻时，由于最两端标准单元左右环境的不一致导致其性能有所差异。

库中定义的时序的值一般都是常规情况下（也就是芯片中间）的标准单元的时序。因而，如果不加Endcap的话，那么边缘处的标准单元的时序便和库中定义的值有一定的出入，而工具是无法考虑该现象的。因此PR工具或者STA工具分析的结果便于流片后测试的结果有出入。严重的话可能会导致芯片Fail掉。）

                                                                       

6. 标准单元是否和电源线重叠

                                       

 

·检查所有电源和接地引脚是否物理连接到P/G网络（查看是否有悬空）

icc_shell>verify_pg_nets

查看设计中是否存在floating pin，特别是MTCMOS是否存在floating的global vdd。对于结果报告，需要我们能够分辨出哪些是真错，哪些是假错（或者说不用关心的错误），比如floating shape的错误就可以完全不用管

                                                            

结果显示有floating pins没有连接到VDD上

通过GUI>Verification>Error Browser       选择Rail（该问题为P/G problem），右边按钮选择当前design

                                         

通过Error Browser，我们可以在设计的layout window上定位我们出现的error

     

                                                          

通过view setting分析，被highlight标注的标准单元引脚缺少了VDD rail，导致VDD连接断开，使得它们成为floating pins

icc_shell>preroute_standard_cells -remove_floating_pieces

                                                                    

生成VDD rail，移除悬空，重新检查电源地的连接

                                                         

重新检查 error已经被修复

 

布线前检查完成，进行布线和优化

 

·实施布线

ICC布线分为两种布线模式，传统route方法和Z route模式。

Z route是对传统基于格点的布线模式的延伸，线可以不用非得沿着格点进行布线，能有效解决DRC的违反。现在基本上都使用Z route模式。

icc_shell>get_route_mode_options  -zroute 返回为true

若返回为false

icc_shell>set_route_mode_options -zroute true     或者GUI>Route>Zroute Mode

                                                    

 

·加载天线效应文件

icc_shell>source xxx_antenna.tcl  （Astro使用.clf ICC使用.tcl）

     

左图所示为.clf文件内容，右图为.tcl文件格式，可根据语法自行编写

设置布线过程中考虑天线效应           icc_shell>set_route_zrt_detail_options  -antenna true

关于天线效应的内容放在下一章chip-finishing内具体介绍，一般流程会将其放在最后的DFM中进行DRC修复，但是在布线前考虑天线效应文件有助于设计的进行

 

·允许插入冗余通孔；使设计中的冗余通孔随布线更改保持最新

Icc_shell>set_route_zrt_common_options   -post_detail_route_redundant_via_insertion medium

                     set_route_zrt_detail_options      -optimize_wire_via_effort_level medium

 

·对布线进行设置

使用set_route_zrt_*_options可以对布线进行设置 （*=common;global;track;detail）

                                                 

设置完毕后进行确认检查非默认布线规则、布线设置

Icc_shell>report_routing_rules;

                    report_route_opt_strategy;

                    report_route_zrt_common_options;

                    report_route_zrt_global_options;

                    report_route_zrt_track_options;

                    report_route_zrt_detail_options;

 

·进行初始布线

icc_shell>route_opt   -initial_route_only

该命令包括了全局布线、路线分配和详细布线。若设计规模很大，可分布执行，通过

GUI>Route>Global Route/Track Assignment/Detail Route分步执行

                              

report_clock_tree -summary；report_clock_timing -type skew；report_qor

report_constraint -all

                                                 

有max_transition的violation    继续进行优化布线，解决违规

icc_shell>route_opt   -skip_initial_route    -power 同时进行功耗的优化

 

·布线后检测

icc_shell>verify_zrt_route   检查DRC错误

                                                    

能够判断设计DRC是否被修复 是否具有天线效应  

GUI>Verify Route

                         

若存在违反，输入命令

icc_shell>route_zrt_detail  -incremental true -initial_drc_from_input true   进行修复

 

·检查LVS(Layout Versus Schematics)是否通过 （在calibre验证LVS前，应ICC能先通过LVS）主要检查design中的short和open。

icc_shell>verify_lvs

                                                                         

 

icc_shell>report_design_physical -route报告完整route物理设计

保存设计save_mw_cel -as route_opt_final