多模式、多权衡

俗话说的好,“没有免费的午餐。”这是一个现实,即芯片设计者不得不靠从一开始。从第一个设计规则的出现,很明显,你不能做任何你想要的。

最后,一切都归结于权衡。无论是面积、速度、渗漏、噪声敏感性,或驱动电流,做一些改善一个指标似乎总是导致另一个度量的退化。这些权衡不只是存在于高级芯片指标。物理设计的核心,几乎所有设计规则与其他设计规则。做最简单的改变来解决一个违反设计规则,你似乎得到一个失败的另一个规则。设计的艺术发现甜点,符合所有的规则,仍然提供了所需的电路功能和性能。制造业转移到多模式处理不可避免地导致新的设计限制,因此新的权衡。

我想讨论的多模式独有的权衡。有些人可能是显而易见的,但其他人可能不是。大部分都是权衡在设计流程中的实时在给定的步骤,但他们中的一些人在交互设计流程的各个时间点上,这意味着他们可以惊喜你如果你不考虑整个设计流程。

让我们从最明显的权衡:区域。多模式引入了额外的间隔约束。与单一模式,每个最小间距约束的一个版本,在一个多模式的过程有两个版本的每个最小间距约束。有进程最小空间约束多边形在不同的面具,但不同(通常更大)多边形的最小空间约束相同的面具。

图1展示了这个基本原则一倍的间距要求。

图1:最小间距规则比较单一和多模式的设计。

这些额外的间距要求增加一个给定的多模式电路实现的可能性相比需要更大的面积权衡单一掩模的设计。换句话说,它是不可能的,您可以简单地将现有的单一面具设计多模式设计节点不进行布局的修改,最终增加相对设计区域。

还有其他刚果民主共和国规则多模式的影响,你可能不会马上想到的。传统上,你必须满足特定的密度约束布局。通常是衡量整个芯片,在窗口的地区,跨过设计确保你满足某一最低的密度在每个窗口布局,整个芯片密度是相当一致的。如果你颜色布局将铸造,然后还必须遵守新的密度平衡规则,确保你有一个相对统一的密度分布之间的颜色在每个窗口中。乍一看,你可能会认为如果你遇到最基本密度约束和多边形交替的颜色,那么你自然会有一个好的两种颜色之间的平衡。然而,在很多情况下这未必是真实的(图2)。

图2:密度平衡多模式布局很有挑战性。

尤其是在模拟布局,可能会有非常大的多边形左边所示。这样的多边形可以覆盖大部分,如果不是全部,窗口区域的检查。因为有一个多边形,它必须是一个单一的颜色,这将导致一个有偏见的颜色比例窗口。同样,如果相邻的多边形替代,但是邻居们有非常不同的地区(大小),那么这将导致地区非常偏见色彩的比率,如右边所示。有权衡多模式构造的类型你可以画,仍然满足密度的要求。

你也可能需要作出取舍层次和密度之间的平衡。良好的层次结构(大量的位置相同的细胞)一个小得多的数据库大小,和更好的运行时在大多数EDA工具。然而,当涉及到颜色,你只能维持细胞的层次结构如果所有位置的细胞有相同的颜色。图3说明了保持层次结构和提高密度平衡之间的权衡。

图3:层次结构与密度平衡取舍。

在这个例子中,有两种细胞在布局。都是放置在顶部细胞。但Cell_B放置反复Cell_A之上,如图所示。之间的间距在Cell_A足够宽的多边形,多边形可以放在任何面具颜色。为了平衡密度,是很有帮助的两种颜色之间的替代他们。然而,由于Cell_B放置六次(曾经在Cell_A每个多边形),你无法替代的颜色,必须平Cell_B。保持Cell_B完好无损,所有位置都必须是相同的颜色。你必须牺牲的颜色交替层次结构,反之亦然。

密度平衡甚至需要考虑在定义基本的标准单元库的体系结构。考虑一个简单的影响选择偶数和奇数跟踪库结构,如图4所示。考虑到奇怪的跟踪库顶部,颜色交替总是迫使电力和地面rails是不同的颜色。权力rails的面积通常是非常大的面积相比,它们之间的路由跟踪,但由于他们交替,你最终得到的相当平衡的颜色。甚至与追踪的例子在底部,颜色交替部队的力量和地面rails是相同的颜色。这建立在一个重大失衡的颜色的标准电池部分的设计。

图4:标准单元库的体系结构可以影响密度平衡时多模式是必需的。

如果这种先天失衡太重要(取决于电力铁路大小路由跟踪大小的比例,例如),它可能不是甚至可以使用追踪库。图5显示了一个现实生活的例子,这可能的影响。左边是直方图密度窗口的颜色比例,相同密度的地图窗口的布局,和金属的特写布局里面其中的一个窗口。您可以看到直方图酒吧都转移到正确的为50%,color1的平均比例是67.26%。右边是密度比rails布局时忽略了权力的分配。你可以看到这个数据是集中在50%。迫使电力rails是相同的颜色明显偏见密度平衡比率。

图5:密度平衡窗口分布,给定相同的标准细胞力rails电力和地面上同样的颜色。

移动到10 nm和下面,节点的引入将三倍(TP)和四层(QP)流程。与双模式(DP)、TP的计算复杂度和QP从纯粹的计算机算法的角度需要指数级长时间运行时的多边形数量的函数处理。计算机科学家称之为NP完全或NP困难,这使得在维基百科上值得一读。然而,它并不能让实用EDA设计解决方案。答案是约束布局的复杂性,这样更runtime-efficient启发式算法可以检查或布局分解为三个或四个颜色。需要额外的设计规则和设计方法学的限制,试图限制潜在的数据需要处理的复杂性。这将会是一个权衡面积密度。

你也可能会遇到特殊的新检查只针对确保布局的任何特定部分的复杂性是有限的,这样的检查和着色算法可以保证找到一个解决方案在一个合理的运行时。认为的复杂性限制作为交易的旋钮运行与强劲的复杂性可以处理。图6显示了一个示例的TP复杂性错误。右边的线代表间距约束要求的颜色各种多边形之间的交替。红子组件的数据超过指定运行的复杂性限制。

图6:复杂性在TP检查错误。

注意,这个检查失败并不意味着数据是否似是而非的。它仅仅意味着一个答案是否可以彩色和提供一套验证的解决方案往往不容易在运行时的极限。因为运行时本质上是指数的复杂性,你不能随便增加限制。设计师必须减少这部分的复杂性的布局打破一些多边形之间的间距交互。两个分隔符右边环绕在黑色的。如果这些分隔符间距位置被打破(到),可能极大地改变组件的影响,在某种意义上,它将打破大圆形组件内的相互作用,并可能减少复杂性足以满足启发式。

最后,多模式交易超越电气物理约束的约束。因为传统DP、TP和QP使用多个步骤照片打印各种面具,每个成像步骤可能位移相对于目标,因此相对于彼此。这个偏差引入了一个新的源多边形之间的电容变化的布局在同一金属层。在图7中,我们看到的一个例子DP面具可以不重合,以及新的寄生提取(PEX)角落可能需要考虑计算准确计时的利润率。

图7:DP失调可能会创建额外的PEX角落需要考虑。

在10 nm和下面,你可能会遇到更多的异国情调的类型的多模式。自对准双模式(SADP),例如,有一个优势传统litho-etch-litho-etch(乐乐)DP在这两种模式没有相对位移。这听起来不错,但再一次,有一个权衡。由于沉积和蚀刻步骤在这种类型的过程中,关键尺寸(CD)偏见的一个模式可能更比其他变量。所以多边形在你的电路是一种颜色会有更多PEX可变性比多边形分配给其他颜色。你可能会发现自己试图操纵特定的临界多边形净特定颜色变化降到最低。当然,试图迫使更多多边形运行一个特定的颜色的间距和密度平衡约束。记住,“天下没有免费的午餐!”

在我的下一篇博客中,我想深入挖掘整个密度平衡的话题。这是一个复杂的问题受到许多不同方面的设计和制造。与此同时,我要午餐…谁购买?