以O(shè)PENACCESS為基礎(chǔ)的PCell緩存技術(shù)

在計(jì)算機(jī)程序中，我們使用緩存技術(shù)將常用功能的結(jié)果儲(chǔ)存到磁盤上，所以當(dāng)我們執(zhí)行重復(fù)的指令時(shí)，就可以不必重復(fù)執(zhí)行，卻能夠更快速地獲得結(jié)果。同樣的技術(shù)也可用來加速定制IC設(shè)計(jì)中參數(shù)化單元(parameterizedcell，PCells)的顯示。有些電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)工具會(huì)自動(dòng)緩存PCells以提高效能;有些要求額外的授權(quán);而其他則完全不提供快速讀取能力。除了效能優(yōu)勢(shì)以外，PCell緩存技術(shù)還可以讓設(shè)計(jì)流程中其他的工具能夠讀取并使用工具專屬的PCells。

　　PCells運(yùn)用于模擬與定制數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中，是在規(guī)定的一套可變參數(shù)的基礎(chǔ)上(圖1)用來定義定制IC版圖工具中物理版圖的軟件腳本。PCells是定制設(shè)計(jì)的建構(gòu)基石，提供單一可程序化PCell以取代眾多不同版本的手繪單元。PCells可使非常復(fù)雜的功能自動(dòng)化，維護(hù)錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系，甚至還能夠與環(huán)境互動(dòng)。

　　運(yùn)用版圖編輯器打開包含PCells的版圖查看時(shí)，工具會(huì)運(yùn)行個(gè)別的PCell腳本，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的版圖并保存在內(nèi)存中。若有參數(shù)變更–無論是手工變更或是參數(shù)屬性表中的參數(shù)變更–版圖編輯器都必須重新為PCell賦值并適當(dāng)?shù)刈兏鎴D。在許多工具中，儲(chǔ)存或關(guān)閉版圖時(shí)，只有PCell處理程序與處理程序?qū)賲?shù)會(huì)被寫入到磁盤，迫使工具在每次開啟時(shí)重新為PCell賦值。

　　緩存技術(shù)可用來將賦值后的PCell版圖寫入到磁盤，以便能夠讀取源頭工具所產(chǎn)生的版圖內(nèi)容。若無緩存技術(shù)，除非其他工具也能夠執(zhí)行PCell腳本，否則以其他工具開啟時(shí)將無法顯現(xiàn)PCell版圖內(nèi)容。

　　專利的腳本撰寫語言，不斷進(jìn)化的標(biāo)準(zhǔn)

　　有史以來，PCells一直都以針對(duì)個(gè)別專屬的版圖工具而開發(fā)的專利腳本撰寫語言(例如Cadence®SKILL®)而撰寫的，這導(dǎo)致現(xiàn)有的大多數(shù)PCells都無法讓其他供貨商的工具「看見」，因?yàn)槠渌ぞ邲]有運(yùn)行專利腳本賦值所需的軟件。

　　由于可相互操作PDK庫(InteroperablePDKLibrary，IPL)聯(lián)盟的努力，現(xiàn)在這種窘境已經(jīng)徹底改變了。這個(gè)聯(lián)盟發(fā)起一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，讓所有供貨商能夠執(zhí)行可相互操作的PCells(參照www.IPLnow.com)。IPL聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)中使用的PCells是運(yùn)用可相互操作Python腳本撰寫語言而撰寫的，被其開發(fā)者Ciranova稱為PyCells™。

　　現(xiàn)在您終于能夠建立可由幾乎所有EDA工具開啟和修改的PCells了。

　　可相互操作的數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)PCELL緩存的夢(mèng)想

　　所有的EDA工具都建立在基本數(shù)據(jù)庫上，這些數(shù)據(jù)庫以匯聚方式執(zhí)行儲(chǔ)存和取回半導(dǎo)體設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的橋接功能。直到最近，EDA工具一直都建立在專屬數(shù)據(jù)庫上。如果某EDA工具使用專屬數(shù)據(jù)庫，那么其他工具能夠「看見」版圖的唯一方法就是，必須轉(zhuǎn)換成GDSII等通用半導(dǎo)體設(shè)計(jì)格式。在轉(zhuǎn)換過程中，原始工具會(huì)評(píng)估PCells及其參數(shù)，然后將物理版圖改寫成GDSII格式的幾何圖形，摒棄與PCell相關(guān)的許多內(nèi)容與參數(shù)。

　　一旦轉(zhuǎn)換成GDSII，大多數(shù)情況下原始工具都無法識(shí)別這個(gè)版圖數(shù)據(jù)。因此對(duì)PCells來說，GDSII格式轉(zhuǎn)換是不可逆的。如果以專屬數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的工具，用戶想要檢視或修改自己的PCells，就必須在設(shè)計(jì)的生命周期中每年都支付授權(quán)費(fèi)給工具供貨商。這就是「工具稅(tooltax)」，絕無任何使用者會(huì)愿意繳納。

　　近年來，SiliconIntegraTIonInitiative(Si2)制定的可相互操作數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)OPENACCESS(OA)帶動(dòng)了在半導(dǎo)體的定制IC設(shè)計(jì)中使用多種工具的風(fēng)潮。這種數(shù)據(jù)庫允許所有工具能夠讀取和寫入相同的數(shù)據(jù)庫，而且還能夠提供讓不同的工具能實(shí)時(shí)地運(yùn)作于同一份內(nèi)存數(shù)據(jù)。

　　符合OA規(guī)范的其他任何工具都能夠看見在OpenAccess數(shù)據(jù)庫中緩存的PCells。幾乎各大版圖編輯器與EDA業(yè)界中大多數(shù)的定制設(shè)計(jì)工具都能夠–或者即將能夠–至少讀取和寫入到OA數(shù)據(jù)庫。但是，倘若采用其他供貨商工具修改緩存的專利PCell，那該怎么辦呢?

　　OA數(shù)據(jù)庫也是PyCells的基礎(chǔ)，可以借由PyCellAPI而讓任何以O(shè)A為基礎(chǔ)的工具來利用，而不需要緩存即可讓其他工具「看到」。在符合IPL規(guī)范的工具中使用IPL標(biāo)準(zhǔn)的可相互操作組件描述格式(InteroperableComponentDescriptionFormat，iCDF)與Tcl回呼函式(callbacks)時(shí)，PyCells具備完全的相互操作性。

　　PCELL緩存對(duì)象及其運(yùn)作方式

　　編譯過后的PCell代碼，已經(jīng)可供定制IC設(shè)計(jì)工具使用，稱為PCell「supermaster」。Supermaster在評(píng)估時(shí)不含參數(shù)值;在賦值期間，僅僅通過當(dāng)前工具采用組件描述格式(ComponentDescripTIonFormat，CDF)–或具相互操作性CDF(InteroperableCDF，iCDF)文件提供變量。

　　以手工方式放置或調(diào)用[instantiate]PCell到版圖中時(shí)，工具會(huì)從CDF檔案讀取預(yù)設(shè)參數(shù)，然后在內(nèi)存中建立這個(gè)cell單元的專屬示例版本。此版本稱為PCell「submaster」。所有的預(yù)設(shè)參數(shù)，或是被修改過的參數(shù)，都會(huì)儲(chǔ)存為專屬submaster的內(nèi)容。給PCell賦值時(shí)，版圖編輯器會(huì)運(yùn)用這些專屬參數(shù)來評(píng)估submasters，將版圖寫入內(nèi)存，并在版圖編輯器中呈現(xiàn)其版圖以供查看或編輯。下次開啟版圖時(shí)，PCell將不得不重新賦值來建立新的版圖。試想在擁有成千上萬PCell的版圖中，這一定會(huì)花費(fèi)很多時(shí)間。

　　但是，如果工具將submasters儲(chǔ)存到磁盤(緩存)，那么就不需要每次都重新賦值了，可以大幅加速版圖繪制時(shí)間。此外，每次建立submaster，在賦值PCell之前，工具都會(huì)先查看緩存是否含有同樣的submaster，然后才建立新的版圖。即使具有同樣參數(shù)的同一PCell已經(jīng)使用數(shù)千次(例如Contact)，仍然只需緩存保存一個(gè)版圖版本到緩存中，從而節(jié)省更多時(shí)間與磁盤空間。

　　基于PCELLS的緩存技術(shù)實(shí)現(xiàn)相互操作性

　　當(dāng)沒有相互操作性PCells可供選用，或者有龐大、既有的PCells庫可供選用時(shí)，緩存功能對(duì)多重工具設(shè)計(jì)環(huán)境，或在轉(zhuǎn)換到更新工具的過程中，是非常實(shí)用的。在這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)有兩大選擇：

　　ExpressPCells：當(dāng)今的許多PCells都是以Cadence的專利SKILL腳本撰寫語言來撰寫的。即使是為了在更新的CadenceOA版本中使用，SKILLPCells也不是一定可以在其他工具看到的，因?yàn)椴]有自動(dòng)緩存。為了在其他工具中能夠「看見」，CadenceExpressPCells可用來緩存OA數(shù)據(jù)庫中的單元。這使得單元以–只讀–的方式讓其他非Cadence工具可以看見。

　　在某些工具，可以看見程序?qū)賲?shù)的屬性表，但不可以在其他工具中修改PCells，除非先經(jīng)過處理成為簡(jiǎn)單的版圖。此外，stretchhandles、auto-abutment回呼(callbacks)在其他工具中是不可見的。(有關(guān)PCell功能的詳情，請(qǐng)參照SpringSoft網(wǎng)站技術(shù)單元中的ASilicon-provenInteroperablePDK一文。)

　　例如，對(duì)于使用非CadenceDRC工具的使用者而言，需要ExpressPCells才能夠直接從OA執(zhí)行DRC。在多工具設(shè)計(jì)流程中，不同的版圖模塊有不同的版圖編輯器完成，對(duì)于組合這些不同的模塊，ExpressPCells是一個(gè)可行的方案。當(dāng)然，進(jìn)一步修改基于Cadence的模塊，這些模塊需要全部替換，或至少修改PCell實(shí)例。這就和典型的SOC流程沒有什么不同了(SOC流程中，不同的模塊有不同的團(tuán)隊(duì)甚至不同的公司設(shè)計(jì)完成)。

　　PCellXtreme：Ciranova的PCellXtreme™也能夠搭配Cadence環(huán)境，就如同ExpressPCells緩存SKILLPCells一樣，可以加速開啟版圖的時(shí)間。然而，與ExpressPCells不同的是，PCellXtreme服務(wù)除了可以看到緩存的PCell之外，還能夠讀取和修改PCell參數(shù)。PCellXtreme不轉(zhuǎn)換PCell代碼或賦值;如果沒有第二個(gè)工具要讀取PCell的參數(shù)，PCellXtreme會(huì)根據(jù)Cadence的SKILLPCell生成版圖放進(jìn)緩存中。所以新版圖是可見的并且實(shí)時(shí)刷新。因此，被其他工具修改的參數(shù)可以被所有的工具承認(rèn)。這種方法需要使用者至少擁有一套授權(quán)的Cadence工具，以便賦值SKILLPCells。

　　但是，需要注意的是PCellXtreme并不能實(shí)現(xiàn)回呼(callbacks)?；睾羰窃S多PCell參數(shù)的關(guān)鍵元素，因?yàn)樗麄儽挥脕硗ㄟ^輸入的參數(shù)來計(jì)算相對(duì)值、逾限值(outofboundsvalues)等等。所以，單純只有參數(shù)傳遞是不夠的。若要實(shí)現(xiàn)在非Cadence工具中的回呼功能，對(duì)其他工具來說，必須要有與IPLAllianceReferenceflow1.0中定義的TCL回呼完全一樣的可相互操作回呼功能，以供其他工具使用。對(duì)于Cadence環(huán)境，包括IPL庫中運(yùn)行的客戶操作PCell，雙重回呼是必須的，因此TCL回呼存在更多的互操作環(huán)境是值得期待的。這兩個(gè)回呼只要適當(dāng)?shù)脑O(shè)置，所有參數(shù)的互操作都可以實(shí)現(xiàn)。

　　因?yàn)閟tretchhandles與auto-abutment是隨著版圖而緩存的OA內(nèi)容，使用者可以TCL或其他可相互操作的腳本撰寫語言來寫入對(duì)等的stretchhandle與auto-abutment程序，以吻合SKILL功能。移動(dòng)stretchhandle會(huì)導(dǎo)致版圖編輯器更新相關(guān)的參數(shù)、觸發(fā)相關(guān)的回呼。參數(shù)變更會(huì)導(dǎo)致PCellXtreme產(chǎn)生和緩存修改后的版圖，如同前述手工輸入的參數(shù)變更一般。Auto-abutment也會(huì)以同樣的方式而實(shí)現(xiàn)。

　　總結(jié)

　　PCell緩存技術(shù)是在以O(shè)PENACCESS為基礎(chǔ)的工具中重復(fù)利用原有版圖數(shù)據(jù)的實(shí)用做法，為使用者提供更高的相互操作性，遠(yuǎn)勝過參數(shù)化單元的GDSII轉(zhuǎn)換作法。

　　雖然具備最高相互操作性的解決方案就是使用IPLAlliance的可相互操作PyCells、回呼、CDF與stretchhandle/auto-abutment技術(shù)，PCell緩存技術(shù)在一個(gè)新的OA工具、混合設(shè)計(jì)環(huán)境中對(duì)于使用遺留的PCell是一個(gè)切實(shí)可行的方法;或者單純以加速既有工具為目的，也是很好的解決方案。