當(dāng)前，由于IC在速度，價(jià)值和尺寸方面的挑戰(zhàn)不斷提升，使得參與IC研發(fā)和生產(chǎn)的團(tuán)隊(duì)之間在布局描述層面的交流增加，同時(shí)，對可控性和可靠性的需求也在增加。雖然可以使用常規(guī)完整性控制（例如循環(huán)冗余校驗(yàn)，加密散列函數(shù)和ECC），但這些方法的局限性愈加突出。

經(jīng)常發(fā)生的情況是，兩個(gè)團(tuán)隊(duì)使用不同的方式同時(shí)處理相同的布局，如專有的，標(biāo)準(zhǔn)或半標(biāo)準(zhǔn)的格式，如GDSII，MEBES，OASIS和OASIS.MASK。

通過比較兩個(gè)數(shù)據(jù)庫來檢查它們之間的差異是一個(gè)復(fù)雜且耗時(shí)的過程，并且要求其中一方擁有這兩個(gè)文件。出于安全考慮，通常避免將不必要的數(shù)據(jù)傳輸給合作伙伴。

標(biāo)準(zhǔn)的可追溯性流程通常始于創(chuàng)建與產(chǎn)品轉(zhuǎn)讓相伴隨的獨(dú)特簽名，確保收件人能夠保證收到產(chǎn)品的真實(shí)狀態(tài)。良好的可追溯性系統(tǒng)必須是可靠和安全的，并且獨(dú)立于任何特定的實(shí)現(xiàn)方式，以確保異構(gòu)環(huán)境之間的互操作性。而且，必須避免泄露它所保護(hù)的信息。

待解決的難題

目前，市場上還沒有太多解決這些需求的方案。傳統(tǒng)格式（如GDSII或MEBES）不提供完整性控制。較新的格式，如OASIS包括循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）和選項(xiàng)，但其有一些缺點(diǎn)：

1、使用CRC算法會將讀取和寫入轉(zhuǎn)換為線性操作 - 文件的字節(jié)必須按順序讀取 - 禁用基于大型文件并行性的優(yōu)化。

2、CRC算法是錯(cuò)誤檢測代碼，并且不提供安全保證。例如，創(chuàng)建具有不同內(nèi)容的兩個(gè)文件很容易，但CRC校驗(yàn)和相同。

3、由于它不是強(qiáng)制性的，因此許多編寫者省略校驗(yàn)和，一些讀者不愿費(fèi)心去檢查它。

考慮到以上這些問題，使用其它安全高效的工具很有必要，包括加密校驗(yàn)和 - 安全散列算法（SHA）或不推薦的消息摘要5（MD5）。像CRC校驗(yàn)和一樣，它們是字節(jié)相關(guān)的，這意味著文件中的單個(gè)位變化會引發(fā)校驗(yàn)和的劇烈變化。通常情況下，這將被視為一項(xiàng)特性。對于布局?jǐn)?shù)據(jù)庫，這是一個(gè)缺點(diǎn)，因?yàn)樾枰Ｗo(hù)和追蹤的內(nèi)容不是文件中的字節(jié)，而是實(shí)際的設(shè)計(jì)或幾何描述。

檢查兩個(gè)文件實(shí)現(xiàn)相同幾何設(shè)計(jì)的唯一方法是對它們運(yùn)行異或（XOR）操作，這是一項(xiàng)復(fù)雜的操作，需要時(shí)間和昂貴的工具。與校驗(yàn)和不同，它需要原始文件具有可用性，且需要比較文件。用戶不能輕易地知道設(shè)計(jì)是否相同，但這恰恰是他們想要做的。

布局文件控制的特定約束

在大多數(shù)情況下，檢查和驗(yàn)證文件的內(nèi)容很重要，這在電子設(shè)計(jì)自動化（EDA）處理流程中具有強(qiáng)制性，這是出于描述相同事物的各種方式考慮。除了對文件簽名的一般性考慮外，微電子還有其特定的需求和限制。

在設(shè)計(jì)方面，大多數(shù)布局文件使用GDSII格式，這是事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，盡管一些公司正在轉(zhuǎn)向OASIS，但大面積普及還需要一段過渡期，因?yàn)樗械?a target="_blank">EDA工具都不支持OASIS格式，這意味著設(shè)計(jì)后端流程需要在定義的步驟中通過一些轉(zhuǎn)換來管理GDSII和OASIS文件。

由于缺乏快速簡便的方法來驗(yàn)證OASIS中的布局描述與GDSII中的布局描述相同，因此，用戶不愿意切換，因?yàn)镚DSII提供了格式獨(dú)立的簽名。簽署GDSII中描述的布局和簽署OASIS中描述的相同布局必須產(chǎn)生相同的結(jié)果，與OASIS.MASK或MEBES等其他格式相同。

大多數(shù)芯片布局格式本身為描述結(jié)構(gòu)提供了很大的自由度。例如，在GDSII中，文件中描述的單元格的順序完全是任意的。

即使較低級別的多邊描述相同且層次結(jié)構(gòu)相同，也不可能通過使用文件級別簽名來比較兩個(gè)文件。在EDA工具中讀取GDSII文件，并在不進(jìn)行修改的情況下重寫該文件會破壞簽名，因?yàn)樗€包含創(chuàng)建日期和其他元數(shù)據(jù)。這使得任何校驗(yàn)和都不可用。OASIS的問題更嚴(yán)重，因?yàn)楦袷教峁┝嗽S多不同的方式來保存相同的數(shù)據(jù)，包括嚴(yán)格模式，通過引用或名稱。這些非幾何錯(cuò)綜復(fù)雜的特征不應(yīng)該影響簽名。

主要的幾何問題是EDA工具和文件格式允許用不同的方式來描述相同的事情。例如，“線”可以被描繪為“路徑”，即具有給定寬度的對接片段的連續(xù)或者可以被描述為基本梯形的組合體的復(fù)雜多邊形。

圖1：不同的EDA工具和文件格式允許用不同的方法來描述相同的幾何體

另外，關(guān)于多邊形的描述沒有限制。它是從多邊形的一個(gè)任意點(diǎn)開始并沿順時(shí)針或逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的邊的列表，使得簡單多邊形描述的經(jīng)典簽名無關(guān)緊要。如果用戶不關(guān)心同一圖層中的多邊形重疊，則有意義的簽名只能考慮整個(gè)多邊形的最終包絡(luò)，且頂點(diǎn)順序上有明確的規(guī)定。

驗(yàn)證文件完整性時(shí)，全局校驗(yàn)和或簽名就足夠了。在大多數(shù)情況下，簡單的“去/不去”信息在大型布局文件中毫無用處，重要的是要知道差異的數(shù)量以及它們的位置。例如，在比較兩個(gè)文本文件時(shí)，使用“diff”會比使用簡單的校驗(yàn)和提供更多的信息，因?yàn)橛脩艨梢灾烙卸嗌傩校男┌町悺?/p>

以同樣的方式，布局文件可以在窗口中分割以比較兩個(gè)文件。通過窗口進(jìn)行比較。如果需要，可以在報(bào)告的窗口上運(yùn)行更詳細(xì)的“XOR”。

簽名可以使用相同的機(jī)制。而不是報(bào)告整個(gè)布局的單個(gè)校驗(yàn)和，簽名可以是校驗(yàn)和列表 - 每個(gè)窗口一個(gè)。簽名變成一個(gè)包含每個(gè)窗口的窗口信息和校驗(yàn)和的文件。

芯片布局描述文件通常包含多個(gè)圖層。當(dāng)芯片需要返工時(shí)，通常用金屬固定件制造，其中僅改變少數(shù)互連層。這是通過使用已經(jīng)處理到互連層的晶圓來降低掩模成本并加速交貨時(shí)間的必要條件。對于掩模數(shù)據(jù)準(zhǔn)備小組，重要的是快速檢查所有前端圖層是否完全相同，而只有預(yù)期的金屬層已被更改。布局?jǐn)?shù)據(jù)庫的簽名必須按層分割。

在審查了芯片布局文件的具體需求之后，為了實(shí)現(xiàn)高效的簽名策略，應(yīng)該滿足一系列約束條件。簽名文件必須驗(yàn)證內(nèi)容，并且必須滿足以下條件：

1、獨(dú)立于文件格式和描述策略

2、基于多邊形的最終幾何包絡(luò)

3、拆分窗口和圖層

解決方案：新簽名方法

從約束列表中可以看出，芯片布局文件的新簽名標(biāo)準(zhǔn)是必要的。該標(biāo)準(zhǔn)必須能夠?qū)崿F(xiàn)簽署任何布局?jǐn)?shù)據(jù)庫的獨(dú)特和通用的方式。它不會是單個(gè)校驗(yàn)和，而是包含每個(gè)窗口和每個(gè)圖層的校驗(yàn)和的文件，并且包含窗口大小和列/行數(shù)等信息。

圖2：新的簽名標(biāo)準(zhǔn)將為簽署任何布局?jǐn)?shù)據(jù)庫提供一種新方法

如上所述，盡管描述方法可能不同，但兩個(gè)相同的布局必須提供相同的簽名。為了得到這樣的結(jié)果，必須定義一種獨(dú)特的方法來描述幾何形狀 - 更準(zhǔn)確地說，是幾何包絡(luò)。

為了保證它的唯一性，這個(gè)描述必須滿足多個(gè)約束條件，比如定義頂點(diǎn)的順序和精確定義哪些點(diǎn)是描述的一部分。然后，使用諸如SHA256或SHA3的標(biāo)準(zhǔn)算法，可以保證描述簽名的唯一性。

與原始數(shù)據(jù)庫相比，簽名文件較小，并隨時(shí)用作參考。兩個(gè)布局?jǐn)?shù)據(jù)庫之間的比較不會通過完整的XOR來完成，而是通過比較兩個(gè)數(shù)據(jù)庫的簽名來完成。還可以將數(shù)據(jù)庫與先前計(jì)算的簽名文件進(jìn)行比較。

通過這種基于幾何描述的簽名，布局的任何物理變化都將被快速檢測到，無論是意外的還是故意的。

例如，一旦在設(shè)計(jì)上要求返工（即金屬修補(bǔ)），將新數(shù)據(jù)庫與原始數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較，以檢查只有預(yù)期的圖層已更改，并且通常僅在少數(shù)局部區(qū)域中進(jìn)行更改。這總是耗時(shí)且需要恢復(fù)原始數(shù)據(jù)庫存檔。

使用簽名文件作為參考可以簡化過程，因?yàn)樗銐蛐∫员阌谠L問。它還包含足夠的信息，以保證某些層之間的相似性。如果需要，可以運(yùn)行詳細(xì)的XOR，但只能在包含差異的窗口中運(yùn)行。

由于簽名僅依賴于物理布局，很容易用工具或格式轉(zhuǎn)換來檢查簡單的讀/寫，例如GDSII轉(zhuǎn)為OASIS沒有作出任何幾何修改。而且，由于簽名不會改變，除非在布局中引入了幾何變換，所以它非常適合驗(yàn)證新工具和復(fù)雜流程，例如層次展平或分層。

結(jié)論

提議的簽名是針對布局?jǐn)?shù)據(jù)庫文件完整性控制量身定做的。它是安全的，可靠的，而且最重要的是關(guān)注真正重要的部分 - 幾何描述。它允許快速輕松地比較大型數(shù)據(jù)庫，僅基于小型簽名文件，該文件不包含敏感信息并可以安全地發(fā)送給任何合作伙伴。這樣的簽名將對半導(dǎo)體行業(yè)開放標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生積極的影響。包含簽名方案的專利合理使用政策將得到執(zhí)行。

作為一個(gè)開放標(biāo)準(zhǔn)，簽名變得更加有用。例如，它可以直接嵌入到OASIS或OASIS.MASK數(shù)據(jù)庫中作為特殊屬性。