从零开始的小白pr学习之旅--day2 数字后端流程（一）

  个人认为，在开始后端工作的时候，抛开别的，首先要思考的就是我有什么，我要做什么，我要怎么做，我要做到什么程度。有了这个思路，下面将描述下我对数字后端工作每个阶段的简单理解。

  1.Data Prepare

  这一阶主要是对手头所拥有的文件，资料做一个整理。个人觉得这是后端工作重中之重的一个环节。大概要整理的内容如下图

  首先是库文件，项目所用到的某一厂家的某一制成，会有相应一套完整的库文件。需要在其中选择项目要用到的，并把它们按照固定的分类规整的放置好。比如要用到的lef，包括tlef，stdcell的lef，mem的lef，ip的lef。根据要跑的corner，选择合适的lib，ss的lib，ff的lib等等。stdcell的gds以及其它ip的gds，日后要做的drc lvs的rule等等等等。

  其次是前端交付的数据，例如网表，sdc。我个人觉得需要将每一版前端交付的数据按照日期放好，既是做个备份，同时也是留个心眼。当第二版数据来的时候也好有个对比。就比如前端告诉我新版本的网表优化了，面积小了。这时候我只需要打开网表看一眼行数，和之前的版本的网表行数做个对比。如果网表行数上新版都比旧版多很多，那我直接就可以反馈给前端网表可能有误，都不需要读入工具跑一下了。

  最后就是积累的各种辅助性的脚本，参考文件之类的。

  上述过程就是对“我有什么”做一个整理。正所谓磨刀不误砍柴工，当把手头的数据规规整整的放置好之后，日后需要什么就在专门的地方去取，会省特别多特别多的时间。可能大公司在这方面做得很完善，根本不需要我们去考虑，但是我还是觉得我这种小白应该“未雨绸缪”一下，万一哪天这些没准备好，我起码有个思路。我去整理的时候可能一次整理的不全面，日后还要返工临时去找一些文件，但经历这样一个过程，经验不就积累下来了么。

2.Initial Design

  Initial design就是把输入文件读入到工具当中。最核心的两个输入件就是网表和物理库lef。只要有这两个输入件，那么就可以开启工具进行fp了。lib库和sdc即是时序方面的输入件，有了它们，时序分析相当于有了依据。基本上这几项内容齐全了，就可以继续后续的所有流程了。

  我有什么？我有这些输入件，我要做什么？我要将这些输入件读入工具。我要怎么做？上一阶段已经把这些数据准备好了，我只需要把具体路径给工具就好了。我要做到什么程度？我需要保证输入件完完整整的读入工具，这时候就要去看log文件了。看看工具报了什么error，什么warning，是不是跟输入文件相关的，是不是报了某些文件缺失的，通过读log的方式可以保证输入件的齐全完整。

  所以你看！当data prepare做的很完善的时候，这一步是不是简单的不能再简单了。网表，sdc，lib，lef都已经分门别类的规整好了，只需要写个路径就OK了。

3.Preplace

  Preplace这一阶段我个人理解是后端工作最难做的两个环节之一。另一个是cts。

  Preplace要做的第一件重要的事就是规划整个设计的布局，也就是floorplan。fp主要是合理规划mem，ip这些macro的位置。fp的好坏影响着后续环节的进行。好的fp会使得后续环节的走线清晰，逻辑分布均匀，时序通畅。糟糕的fp会让每一步寸步难行。

  那么如何做出一个好的fp呢。以我目前的认知来看fp的一个重要依据是数据流。数据流怎么理解呢，其实就是数据从哪里来，到哪里去的一个过程。真正的项目数据不会是简单的从A到B的，而我们后端工程师也不太需要专门去搞清楚整个项目的原理，怎么搞明白数据流这就要和前端交流了。比较难搞的是，有的时候可能没有人给你理清数据流，这时候需要参考一些说明书之类的自己去搞清楚。为什么一定要按数据流摆fp呢？其实就是减少数据来回打折的现象。让路径尽可能短。数据本身由A到B再到C，fp按照moduleA moduleB moduleC的顺序摆，数据是一路通畅的。但是如果按moduleA moduleC moduleB的顺序摆，那么数据从A到B天然就会多走一段路，既造成了绕线资源上的浪费，也造成了时序问题。

  有了数据流就能将整个设计细化。我的一个思路是，先固定那些和端口有交互的module，这些和端口交互的module往往都是数据输入或者输出的地方。把这些moudule的macro放置在相应的端口附近，其实就相当于确定了头和尾。当这些module的位置确定后，再去摆放和这些module有交互的其它module。如果有某个module和其它多个module都有交互，那么肯定倾向于将该module摆在一个到其它module距离均衡的地方去。这样一步一步的每个module都会有个大致的位置了，fp基本也就完成了。

  好的fp不是一步到位的，需要根据后续place的结果，来判断fp的合理性。根据place结果可以发现fp中的不足，再返回到fp，调整module的相对位置。来来回回多次，最终会得到一版完善的fp。fp是个经验性的工作，如果有无限的时间，甚至可以不需要数据流，单纯的一版一版对比place结果就可以选出最好的fp。innovus工具也可以在图形界面，通过看各module间的走线数量确定各模块的位置。但是往往项目时间都很紧，因此需要数据流作为fp的指引，减少迭代的次数。

  我有什么？我有数据流，我迭代的不同版本的数据，innovus工具的飞线信息。我要做什么？我要摆出一版走线短，拥塞低，时序好的fp。我要怎么做？我需要根据数据流确定大致的fp，根据每版结果细调fp，这样一版一版的迭代以达到一个时序，拥塞都相对较好的fp。

  以上只是笼统的说了下fp的过程，具体的细节以后的帖子中会详细的总结的。

  Preplace要做的第二件重要的事就是电源的规划。电源可太重要了，这方面要学习的内容也特别多，这方面的知识我也很是欠缺。我就以我目前所接触到的大致说说电源规划的流程。我会把一个项目的电源分为三个部分，stdcell电源，core区域电源，以及mem，ip的电源。

  首先要明白一点，一个项目的绕线资源用于两个部分，电源的绕线资源，和数据信号的绕线资源。如果电源占用太多绕线资源，那么数据信号将无充足的绕线资源，就会有大量的short问题。如果数据信号占用太多的绕线资源，那么电源可能会不够充足，这将影响到芯片的整体性能。所以电源和数据信号的绕线资源要合理分配。假如说项目总共可使用12层metal，那么一般来说最高层的metal12，metal11，metal10，将会被完完全全用于电源，因为高层金属厚度大电阻小，最适合做电源。最底层的metal1会被用于stdcell电源。stdcell的pin也是metal1,而stdcell pin是通过metal2连接出去的，stdcell又是遍布在整个芯片中的。这样看来用于数据信号绕线资源的只有metal2的一部分以及metal3到metal9。电源都是通过最顶层一层一层传到最底层的，为了保证电源的可靠性，metal3到metal9的一部分也会被用于做power，所以实际上绕线资源会更少。所以规划电源既要保证电源的充足，也要给数据信号留裕量。一般都是开始的时候电源会打的相对密，到后面阶段如果绕线资源足够，那么自然很好，如果绕线资源不够，可以适当删除一些电源线，让给数据信号。

  其次，电源如何去打呢。stdcell的电源不必多说。core区域电源最常见的结构就是ring+stripe。ring如下图，就是连成一个环的电源。一般芯片的电源IO会分布在芯片的每条边上。通过ring环将电由外部输入到芯片内。ring环起到了均衡各点输入，避免某些区域输入点密集某些输入点稀疏造成的IR DROP。ring环一般是由最高层金属构成，我这里用红色和绿色代表最高的两层金属。当然ring环也可以由多层金属构成，这样更强劲。具体的画法日后我也会详细总结。（最近没法在家里打开工作用的服务器，只能用画图来画个简图）

  stripe如下图，就是一根根电源线，画出来就和条纹一般，接在ring环上，然后遍布整个core区域。我这里特意用不同颜色代表不同层的金属，每层都如此一层一层由高层到底层。形成了密布的电源网络。所以电源网络就是由不同层金属线一层层交织而成的网络结构。

  mem和ip的电源其实和core区域电源打法相似。只不过由于mem一直处于存储读写的状态，对电源需求高，所以mem上的电源一般会画的特别密。 mem上的电源层次会根据mem的pin的金属层决定，一般会使用比pin层次高一些的金属。mem的摆放一般都会采用堆叠的形式，所以电源还要考虑mem pin的连线问题，得保证电源线不会阻碍mem pin的连接。一些ip会对电源有特殊要求，比如需要在ip周围也做一个类似ring环的结构。这在ip的使用手册上都有描述，根据手册上的要求指导照着打就好了。

   Preplace的要做的第三件重要的事（其实是杂七杂八好几件事）插入物理cell，包括welltap，boundrycell，gfiller，decap等等。添加blockage，某些区域不能摆放cell要加hard blockage；mem沟道不希望摆除了buffer，inv外的cell需要加soft blockage；根据上一版place结果得知某个区域cell density太高，需要在preplace阶段在这个区域加partial blockgage。某些区域需要预留一部分走线资源添加route blockage。检查fp的摆放是否合理有无摆出core外的macro，有无重叠的macro，等等。检查输入件是否齐全，检查有无drc，有无power的short。

  以上内容做完Preplace就算完成了，所以Preplace人工介入的地方特别多，需要注意的细节也特别多，这是需要一次又一次的尝试去积累经验的。

  不知不觉已经码了4000多字了，这次的总结就先到这了，下次再简单说说后续的环节。