Mikroelektronikai tervezőrendszerek Összefoglalás.

Az előadások a következő témára: "Mikroelektronikai tervezőrendszerek Összefoglalás."— Előadás másolata:

1 Mikroelektronikai tervezőrendszerek Összefoglalás

2 Hierarchikus áramkörleírás Top level design: core tappancsok Core: A_funkció + B_funkció A_funkció: AA_funkció + AB_funkció B_funkció: BA_funkció + BB_funkció AA_funkció Cellakönyvtári elem

3 Áramkörkifejtés Áramkörkifejtés = design flattening Cellák Flat design Áramköri hierarchia-kifejtő program Top level design Részáramkörök Cella szintű funkciók Hierarchikus design Hierarchia szintek

4 Layout előállítása Kifejtett áramkörleírás  Floorplan –core kialakítása –tappancsgyűrű kialakítása (pad limited, core limited) –cellák elhelyezése Globális huzalozás –huzalozási csatornák kialakítása –föld és táp ellátás (supply tree) Részletes huzalozás DRC

5 Layout előállítása Kifejtett áramkörleírás Floorplan –core kialakítása –tappancsgyűrű kialakítása (pad limited, core limited) –cellák elhelyezése Globális huzalozás –huzalozási csatornák kialakítása –föld és táp ellátás (supply tree) Részletes huzalozás DRC

6 IC tervezés és gyártás közvetlen végfelhasználói igények szerint Szereplők: –IC gyár - silicon foundry (pl. ST, AMS, Philips,...) –Szoftverház - EDA vendor (pl. Cadence, Mentor,...) –Tokozó üzem –MPW szolgáltató - silicon broker (pl. EUROPRACTICE, CMP, MOSIS) –Végfelhasználó, aki egyben tervező is (pl. mi) MPW gyártás = Multi-project Wafer –1 Si szeleten 10-15 chip, –gyártási alkalmak (run-ok): 2-3 havonta –átfutás: layout beküldésétől tokozott chip-ig: 2-3 hónap –költségmegosztás, területarányos fizetés Pl.: 250 EUR/mm 2, 4 mm 2  1000 EUR + 100 EUR tokozás 5 tokozott chip, 10 tokozatlan chip (66 EUR/chip) –tipikus felhasználás: prototípus gyártás –small volume production: pl. 5-6 szelet 1 chip-pel

7 MPW chip gyártás MPW szolgáltató Tervező 3 Tervező 2 Tervező 1

8 MPW chip gyártás MPW szolgáltató Tervező és felhasználó IC gyár Tokozó üzem EDA vendor Tervező szoftver Tervező szoftver, design kit Tervezési szabályok, eszközparaméterek, cellakönyvtár Chip layout Chip layout-ok egyesítve Si szelet 10-15 áramkörrel Pucér chip-ek Tokozott IC-k Tokozott IC

9 Ami eljut az IC gyárba... … az a layout “Szabványos” reprezentációk –CIF, –GDS2 Ezek ún. de facto ipari szabványok

10 Layout reprezentációk Áttekintés

11 Layout = maszkok geom. leírása Leírásmódok: –alfanumerikus: “emberi fogyasztásra” is alkalmas ákár kézzel is írhatóak, editálhatóak (milliméter papír, kézi adatbevitel) cél: egyszerű átvitel különböző programok, rendszerek között. Pl.: layout editor  pattern generátor CIF - Caltech Intermediate Format, GAELIC, EGL (M.o) –bináris: belső ábrázolás mindig bináris tömör csak géppel olvasható GDS2 file formátum Fordítás a leírásmódok között pl.: GDS2  CIF

12 Layout = maszkok geom. leírása Másik osztályozás: –struktúrált (makro-hierarchia) áttekinthetőbb reguláris layoutok előállítását nagyban segíti tömörebb többszörös makro-hívási mélység egyes műveletek a struktúrált layoutleírásokon gyorsabban elvégezhetők –kifejtett (flat) tipikusan maszkgeneráláshoz használják –Kifejtő program: struktúrált  flat Mind az alfanumerikus, mind a bináris reprezentáció lehet struktúrált, illetve kifejtett

13 Layout = maszkok geom. leírása Layout: –2D alakzatok halmaza –több ún. rajz síkon megadva Rajz sík vagy réteg (layer): –logikai reprezentáció  –adott szín a layout rajzon (képernyő, papírnyomat)  egy technológiai lépés (foto)maszkja  vagy egy pszeudó layer (nincs hozzá maszk) Layout makro: –egy vagy több rajzsíkon létrehozott –alakzatok –körvonalrajzzal körülvett csoportja

14 Layout primitívek: egyszerű alakzatok Gate (poli-Si mintázat maszkja) Kontaktusok (ablaknyitó maszk az oxidon) S/D kivezetések (fémezés mintázat maszkja) Aktív zóna (ablaknyitó maszk a vékony oxidnak)

15 nMOS tranzisztor layout rajza: layout primitívek tényleges maszkoknak megfelelő rétegeken nMOS tranzisztor layout rajza + körvonalrjaz + pineknMOS tranzisztor makro: körvonalrajz, pinek rajza, feliratok: pszeudo rétegeken nMOS D S G G Layout makrok - primitívekből

16 Layout makrok - makrokból és primitívekből nMOS D S G G pMOSDS G G

17 INV out in !GND !VDD Layout makrok - makrokból és primitívekből Ez is tehát egy hierarchikus leírás. A kifejtés eredménye a hiavtkozott makrok és primitívek behelyettesítésével előálló, csak layout primitíveket tartalmazó leírás. A pszeudó rétegeken lévő információt a végén elhagyjuk belőle.

18 Layout makrok - egyre jobban kifejtve: Level 1: két makrohívás (áramköri mag, tappancsgyűrű)

19 Layout makrok - egyre jobban kifejtve: Level 2: tappancsgyűrű részekre osztva

20 Layout makrok - egyre jobban kifejtve: Level 3: tappancsgyűrű tovább osztva, huzalozási csatornák, cellasorok

21 Layout makrok - egyre jobban kifejtve: Level 4: tapapancs cellák és standard cellák makrohivásai

22 Layout makrok - egyre jobban kifejtve: Level 5

23 Layout makrok - egyre jobban kifejtve: Level 6

24 Layout makrok - egyre jobban kifejtve: Level 7: teljesen kifejtett makrok

25 Layout makrok - egyre jobban kifejtve: Level 4: tranzisztorok, kontaktusok még makrohívással

26 Layout makrok - egyre jobban kifejtve: Level 6: standard cellák, kontaktusok teljesen kifejtve

27 Egy layout leíró file CIF példa Kommentárok

28 Egy layout leíró file CIF példa Inclue állományok

29 Egy layout leíró file CIF példa Egység: 0.01 micron

30 Egy layout leíró file CIF példa Alakzat megadása: L - layer

31 Egy layout leíró file CIF példa Alakzat megadása: L - layer P - poligon

32 Egy layout leíró file CIF példa Nehezn áttekinthető. Olvashatóbb nyelvi példa: GAELIC Makrohívás: C - call

33 GAELIC layout leírás - primitívek File kezdete: háttérrács megadása UNITS=MICRONS, GRID=1.0; RECT(layer_number)x,y:dx,dy; RECT - téglalap: dx dy x, y POLY - tetszőleges poligon, hosszú (long) forma: POLY(layer_number)L,x,y:dx1,dy1,dx2,dy2,... dxn,dyn; x, y 1 2 34 n Ha ortogonális a poligon, akkor minden második elem 0: short formátum Záródnia kell!

34 GAELIC layout leírás - primitívek POLY - ortogonális poligon, rövid (short) forma: POLY(layer_number)S,x,y:dx1,dy2,dx3,dy4,...,dyn; x, y dx1 dyn dy2 dx3 dy4 TRACK - csík (short/long formátum): x, y W TRACK(layer_number)W,S,x,y:dx1,dy2,dx3,dy4,...,dyn; W páros kell legyen

35 GAELIC layout leírás - makrok Group definiálás NEWGROUP név; … ENDGROUP; Primitívek vagy korábbi group-ok hívása Makrohierarchia Group “példányosítás” (hívás) GROUP név,x,y,transzformáció; x, y Transzformáció: x tengelyre tükrözés: X y tengelyre tükrözés: Y forgatás 90 fokkal balra: R GROUP inv 100, 200, XR;

36 GAELIC layout leírás - makrok Group “példányosítás” (hívás) ismétléssel GROUP név,x,y,transzformáció,X,xtimes,dx,Y,ytimes,dy; x, y dx dy xtimes ytimes GROUP DFF 100,200,0,X,4,20,Y,2,15; Az ismétlési lehetőség kihasználásával egyszerűen tudunk reguláris layoutot kialakítani.

37 GAELIC layout leírás Állomány vége FINISH; UNITS=MICRONS, GRID=1.0; NEWGOUP INVER; POLY(1) S,4,4:48,40,-16,-8,-24,32,8,16,-16,80; RECT(3) 0,20:56,8; POLY(3) S,0,40:32,28,8,16,-16,-20,-24,-24;.... RECT(5) 0,6:56,10; RECT(5) 0,70:56,10; ENDGROUP;.... GROUP INVER,10,10,0;.... FINISH;

38 A belső leírás Tömör kell legyen  bináris Jól kereshető kell legyen  láncolt adatstruktúra (pl. gyűrű) adat = alakzat 23 1 EP HP 15 3 32 5 51 2

39 A belső leírás Egyszerű módosíthatóság 23 1 EP HP 15 3 32 5 51 2 23737 1 EP HP 17175 3 32 5 51 2 13 7

40 A belső leírás Egyszerű módosíthatóság 23 1 EP HP 15 3 32 5 51 2 23535 1 EP HP 15 3 31312 5 51 2 Listákat (gyűrűket) alakíthatunk ki alakzatokból, group-okból, maszksíkokból, stb.

41 Az alakzatok belső reprezentációja Csúcspont koordinátás (kontúros) leírás –Probléma a többszörösen öf. alakzat, mert az több kontúrt jelent. Sokszor felhasítják –Érdemes tárolni a befoglaló téglalapot és a speciális jelleget (pl. ort.poligon) Lefedő alakzatos tárolás (téglalap, trapéz)

42 Az alakzatok belső reprezentációja Bittérképes leírás (bit-map) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 Lényegi koordinátás bittérkép (variable grid)

43 Műveletek: Logikai műveletek NEW_LAYER = LAYER1 AND LAYER2 NEW_LAYER = LAYER1 OR LAYER2 stb. –Bittérképes ábrázolás esetén könnyű megvalósítani. –Mire jók? Pl. layout-visszafejtésnél ún. felismerő rétegek létrehozása GATE = ACTIVE AND POLY

44 Műveletek: Logikai műveletek, példa:

45 Geometriai műveletek - pl. méretváltoztatás –Hízlalás –Fogyasztás –Gond a felhasított alakzatoknál –Egymásnak csak bizonyos korlátokkal az inverzei Műveletek:

46 Topológiai műveletek: C = CONTAIN(A,B); A C rétegre kerülnek a B réteg összes olyan alakzatai, amelyek A alakzataiba beleesnek Műveletek: ABC

47 Topológiai műveletek: Műveletek: DISJUNCT OVERLAP INTERSECT CONTAIN

48 Ellenőrző műveletek: Műveletek: WIDTH(A) < 0.5 Az A réteg minden olyan alakzatát szolgáltatja, amely keskenyebb 0.5 egységnél SPACING (A,B) < 0.5 Az A réteg minden olyan alakzatát szolgáltatja, amely keskenyebb 0.5 egységnél