Calibre物理验证技术点滴 （上）

在版图的世界里，无论你是使用S家的还是C家的流程，大部分人在最后一道关口：物理验证上都会遇到M家（现在已经归于Simense帐下）的Calibre大神了，犹如守门员一样掌控着最后一道关口：

在物理验证的领域里，Calibre说第二，没有人敢说第一。就此论，历史上还有一段Dracula和Calibre的交锋的佳话，这里我们暂且按下不表，以后有机会再聊往事。今天，还是以技术工程师身份一起走进物理验证的这道大门。

物理验证是什么东东？

物理验证通常有两个简写

• LV：layout verification
• PV：physical verification

没有本质区别，只是习惯不同而已，所以在日常沟通的时候，如果一言不合，一定要再试试第二言哦。
物理验证：基于设计的GDS（Graphic Data System，目前是第二代GDS，一般也会写作GDSII，已经成为业界的标准格式了。GDS的第一版基本作古，现在的提到的GDS其实都是指的是GDSII了，目前的版权属于C家），使用RSF（Run-Set-File）的物理规则描述文件对GDS版图进行检查。常用的工具有Calibre、ICV等，比较老的工具有Hercules，Dracula等。如前述，目前比较通用就是Calibre了。随着先进工艺的不断演进，最近几年S家也开始追随工艺趋势在LV市场上发力，ICV（IC Validation）就是S家最近几年在先进工艺领域力推的physical signoff 工具。在过往常用的工艺里边，大部分的RSF都是基于Calibre的SVRF（Standard Verification Rule Format）、TVF（Tcl Verification Format）语法格式的，可见Calibre在业界悠久的影响力。
随着工艺节点的越来越小，芯片的GDS数据量越来越大，为了便于文件传输，产生了OASIS（Open Artwork System Interchange Standard）格式，文件更小传输更便捷，也是SEMI力推的下一代版图数据格式，用于替代已经服役30多年的GDS格式。

物理验证的分类

基于版图数据的特点，物理验证主要分为两个方向

• 物理多边形检查
• 电气性能检查

对应到日常工作是如下的分类：

• 物理多边形检查
  • DRC
  • Antenna
• 电气性能检查
  • LVS
  • ERC

对于Calibre工具而言，也有对应的命令选项描述

• calibre -drc
• calibre -lvs
  除此之外，calibre还有一个大招，就是层次化（hierarchy）验证模式，这是一个非常强大的功能，对于run-time有明显的提高。
  
  需要强调一点，Calibre是可以完成物理验证的工作，但是Calibre还可以完成其他非物理验证的工作，譬如：metal fill的插入、版图XOR的检查、DFM/Yield增强、版图GUI查验和简单编辑等等，从原理上讲，主要是基于上述两个大分类想的边沿化拓展。

Calibre的使用之道

LV 简明流程

对于版图编辑，相信更多的人会使用Viutuso，但是对于版图查看，自动化处理，以及版图检查calibre是不错的选择。Calibre对于GDS图案配置、图层切换、DRC高亮显示以及GDS自动化处理等操作的支持都很优秀。下面就一起来看一看calibre的日常使用之道吧。

1. 数字（ICC/innovus）模拟（Virtuso）版图工具导出的GDS
2. 使用calibre进行GDS初处理
   - GDS merge
   - dummy fill insertion
   - 添加标签或者某些特殊版层，譬如：创建GDS标记的文本
3. 使用Calibredrv （DESIGNrev）进行肉眼速查
4. 基于工艺的RSF对版图质量检查
5. 再第三步骤的Calibredrv里边，唤起RVE(Results Viewing Environment)，加载版图检查结果，找到问题原因，在APR工具里边进行相应的修复，并导出GDS
6. 重复步骤1~5，直至所有的物理验证结果正确无误，而后触发最终的TO

上述的步骤，在实际的工作中主要会用到两个工具

• calibre
  • 用于基于RSF的版图物理验证
• calibedrv
  • 主要用于版图查看和基于版图的命令行化的自动化操作
  • 可以通过唤起RVE来关注版图验证结果的高亮和标注等

RSF的使用和技巧

Calibre的版图检查需要使用遵循SVRF语法规则的RSF，由于RSF（通常也被FAB称为 Decker）都是基于工艺和FAB的流片需求，用户是不用干预里边的细节配置，但是全局的配置是需要小心维护，这里以用户的DRC RSF为例：

基于工作方便，用户可以创建类似上述例子RSF wapper可以实现对主要部件的自定义配置和调整

命令	释义
LAYOUT SYSTEM GDSII	标注数据库数据类型
LAYOUT PATH “design.gds”	主文件路径
LAYOUT PRIMARY “design”	顶层设计名
DRC RESULTS DATABASE “drc.db” ASCII	文本格式的DRC结果文件路径
DRC SUMMARY REPORT “drc_results.rpt”	DRC 报告文件路径
DRC MAXIMUM RESULTS ALL	DRC结果记录数量配置
INCLUDE “drc.rsf”	工艺主DRC RSF路径定义

前边的项目都是需要用户自行配置，最后一个是FAB的提供的DRC RSF。使用RSF wrapper的好处是，项目里边多个用户可以使用本地的RSF wrapper去配置自己设计的具体需求，主RSF还是引用项目的signoff RSF即可。项目的signoff RSF有专业人员进行维护，确保项目的物理检查规则安全性。
对于工艺的DRC RSF文件里边，这里也分享一下里边的全局关键配置：

• 版层的选择
  T家的版层命名有一定的规则，一般会分为以下几类，此类命名方式，对于老用户是非常友好，这里手动给T家点赞！

层次	描述
M1	第一层metal，一般用于BE和FE layer层次的连接用
Mx	从第二层开始的内层绕线层
Mz	芯片的最高层选项一
My	芯片的最高层选项二
Mr	芯片的最高层选项三
Mu	芯片的最高层选项四
RDL	重分布绕线层，可以和PA进行连接

用户在检查DRC的时候，需要使用和设计版层配置一致的RSF，譬如项目选择的是九层结构，一层M1，内层五层，两层My和一层Mz，FAB通常是根据版层配置提供的RSF，那么用户需要选择如下版层结构的的RSF：

	9M_5X2Y1Z.drc.rsf

• RDL的选择
  RDL的全称是 ReDistributionLayer，是一个可以灵活配置厚度的版层，和最高层是可以分开对待的。所以在选择完对应版层结构的RSF以后，需要在RSF里边配搭合理RDL厚度。例如下图所示，请打开对应RDL厚度的选项来保证和项目的匹配
  
• 工艺节点的选择
  和日常项目一样，工艺也是一代一代的迭代，所以在RSF里边可以看到一些痕迹，这时候在RSF的全局选择上，需要正确选择你的工艺节点，如下图所示，按照需要打开对应的工艺节点，进行合理的检查：
  
  RSF的描述除过可以基于SVRF语法外，也可以通过TVF语法格式进行发布。TVF是支持TCL语言、可编程友好的语法格式，在复杂的环境中应用起来更为灵活，对于版层多分枝的RSF也可以使用TVF进行灵活打包。为了让最终用户使用到专一的RSF，calibre也支持TVF到SVRF的转换，确保项目使用的SVRF/RSF的一致性，可以有效避免误操作。
• 全芯片（full-chip）配置
  在扁平化设计里边，就一种版图格式，那就是全芯片，在层次化的版图设计里边，只有一个是全芯片，其他都是模块级别。通常，全芯片和模块级别在物理层面会有如下的区别

项目	全芯片	模块级别
PAD ring	Yes	NA
seal ring	Yes	NA
边角斜切影响	Yes	NA
边界密度（boundary density）	Yes	NA
BUMP	Yes	NA

注意这里罗列是版图里的异同，但并非所有的项目都会被RSF的full-chip配置所覆盖，具体的情况还需要具体分析，但是有一条必须铭记，全芯片级别的LV，一定需要打开下列选项！

• Calibre的层次化验证
  上文有提到，在calibre里边的DRC、LVS有扁平化和层次化两种验证方法，层次化的方法效率高，主要是得益于GDS里边的层次化结构，以下图为例
  
  可以看到，GDS里边的结构树是看不到具体的实例化信息的，只有具体的design名称和与top-design的层次关系，除过top-design，所有的design都是平级的。在calibre -hier的命令里边，工具对于整个设计是以desing为对象进行验证，runtime有明显的提升。

本章词汇

词汇	释义
Calibre	Mentor公司的版图验证工具
RSF	版图验证工具规则描述文件的统称，也被称作DRC Decker
calibredrv	calibre DESIGNrev，用于版图GUI查看
calibreRVE	Results Viewing Environment，版图验证结果查验工具
SVRF	Standard Verification Rule Format， RSF文件语法规范之一
TVF	Tcl Verification Format，RSF文件语法规范之一
GDS	Graphic Data System，业界流行的版图文件格式
OASIS	Open Artwork System Interchange Standard，下一代版图文件格式的有力竞争者
RDL	ReDistributionLayer，重分布绕线层

【敲黑板划重点】

基于物理图形和电气性能验证的Calibre功能是非常强大的，它的周边衍生产品不下30个，对大家来说常用的也就两三个，理解calibre的基本工作原理就显得比较重要了。把控好RSF的配置，控制好LV的质量，从calibre的RVE里边找到问题的根源，快速高效的得到可以流片的GDS，才可以有效体现calibre的价值！

读者须知：处于表达方便和技术保密条例，上述技术细节描述可能会存在转义或别名，请读者周知和理解