高質(zhì)量的電路布局布線是芯片設(shè)計成功的先決條件，而耗時且繁瑣的布局規(guī)劃是實現(xiàn)高質(zhì)量布局布線的關(guān)鍵。宏單元，主要包括存儲單元以及各種定制IP，是集成電路的主要功能模塊。傳統(tǒng)的布局規(guī)劃需要手動試錯來實現(xiàn)良好的數(shù)據(jù)流。一旦所有宏單元被布局后，剩余的空間都將留給標準單元。只有將每一個宏單元都放在合適的位置，才能實現(xiàn)所需的性能、功耗、面積（PPA）目標。

根據(jù)芯片的大小和復(fù)雜性，布局規(guī)劃的迭代時間可以從幾天到幾周不等。隨著人工智能（AI）、高性能計算（HPC）、以及超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心等新興領(lǐng)域的崛起，能夠滿足用戶需求的芯片所需的設(shè)計更為復(fù)雜，架構(gòu)也更加獨特，布局規(guī)劃的工作量也隨之迅速增加。如果采用傳統(tǒng)的人工布局規(guī)劃方法，開發(fā)者們只能將宏單元放在模塊的邊緣，這樣就可能會導(dǎo)致?lián)砣驘o法達成最優(yōu)解決方案。

因此，開發(fā)者們希望能夠找到一個解決方案，既能減少布局規(guī)劃的迭代數(shù)量，又能實現(xiàn)開發(fā)者們所追求的結(jié)果質(zhì)量目標。新思科技的IC Compiler? II和Fusion Compiler?布局及繞線解決方案就是一個完美的答案，這是一種可以自動進行布局規(guī)劃的新技術(shù)，可以幫助開發(fā)者節(jié)省數(shù)日、數(shù)周、甚至多達數(shù)月的時間。

案例分享：GUC的兩組測試

Global Unichip Corp（GUC，以下簡稱“創(chuàng)意電子”）多年來成功在3nm及5nm等先進工藝節(jié)點上采用新思科技的數(shù)字實現(xiàn)流程，為了滿足客戶對高性能應(yīng)用，如AI、HPC、5G、智能汽車、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域不斷增長的迫切需求，創(chuàng)意電子需要簡化芯片設(shè)計周期，從而能夠幫助客戶加速其產(chǎn)品上市。

在創(chuàng)意電子的一個復(fù)雜的SoC中，存儲器數(shù)量可多達2000個，因此布局規(guī)劃對GUC來說是一個巨大的挑戰(zhàn)，因此GUC需要一個解決方案來提升其布局和繞線上的設(shè)計生產(chǎn)力。

創(chuàng)意電子在他們的一個12nm HPC芯片的設(shè)計中使用了新思科技的FreeForm Macro Placement技術(shù)，大幅降低了其布局布線設(shè)計的復(fù)雜性，并將流片時間提前了數(shù)月。

創(chuàng)意電子曾用相同的布局布線流程進行了兩次并行測試。在第一次測試中，創(chuàng)意電子使用傳統(tǒng)的迭代過程進行了布局規(guī)劃，再使用新思科技的IC Compiler II來完成其余的布局繞線步驟。在第二次測試中，該團隊在一開始就使用了新思科技的IC Compiler II的FreeForm Macro Placement技術(shù)來自動完成設(shè)計流程中的布局規(guī)劃部分。連通性驅(qū)動的FreeForm Macro Placement技術(shù)具備擁塞認知的能力，可以同時置放標準單元和宏單元以獲得更好的設(shè)計質(zhì)量。宏觀布局引擎能夠同時優(yōu)化標準單元和宏單元的線長、時序、和功耗。

對比兩次測試，創(chuàng)意電子發(fā)現(xiàn)在第二種情況下，也就是使用FreeForm Macro Placement 技術(shù)的單一流程時，PPA結(jié)果得到大幅改善：

翻轉(zhuǎn)功耗降低了14%，線長減少了19%。

更好的變壓比降低了漏電功耗。

由于有更好的總線長和總電容，動態(tài)功耗更低。

由于宏單元到標準單元路徑更短，沒有出現(xiàn)抖動違例，因此獲得了更好的信號完整性。

新思科技的IC Compiler II FreeForm Macro Placement大幅降低了我們在布局規(guī)劃上花費的時間，幫助我們實現(xiàn)了滿意的ASIC設(shè)計目標，以及業(yè)界領(lǐng)先的PPA指標。該技術(shù)不僅能夠減少布局規(guī)劃的重復(fù)迭代，還能實現(xiàn)最佳的時序和阻塞，助力我們協(xié)助客戶完成其在下一代人工智能硬件、高性能計算、智能汽車、5G以及物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域中所要求的嚴苛的設(shè)計和產(chǎn)品交付目標。

林景源博士

創(chuàng)意電子資深副總經(jīng)理

ML+Macro Placement

實現(xiàn)布局規(guī)劃新高度

除了FreeForm Macro Placement技術(shù)之外，新思科技IC Compiler II還應(yīng)用了新一代由機器學(xué)習（ML）驅(qū)動的Macro Placement技術(shù)，進一步強化了其功能。基于機器學(xué)習的技術(shù)利用強大的宏觀布局引擎，能夠根據(jù)從之前的設(shè)計結(jié)果中所收集到的數(shù)據(jù)，預(yù)測宏單元布局的設(shè)計結(jié)果質(zhì)量， 并為阻塞和時序創(chuàng)建盡可能優(yōu)化的開箱即用的Macro Placement。該技術(shù)可以預(yù)測擁塞、線長，和總負時序裕量，并顯著減少人工調(diào)整工作。通過迅速地自動探索數(shù)百個布局規(guī)劃，該技術(shù)可以創(chuàng)建出性能極佳的布局規(guī)劃。

機器學(xué)習的模型會在使用過程中一直被訓(xùn)練，而且可用來提供訓(xùn)練的數(shù)據(jù)越多，這一技術(shù)就會變得越智能。由于集成電路的巨大探索空間，特別是那些動輒運用到數(shù)千個宏的人工智能架構(gòu)，機器學(xué)習技術(shù)非常適合解決布局規(guī)劃設(shè)計所面臨的挑戰(zhàn)。而且來自用戶或該工具出廠時所預(yù)載的機器學(xué)習數(shù)據(jù)庫中的機器學(xué)習數(shù)據(jù)都會被保存下來，供其他設(shè)計重復(fù)使用。

IC Compiler II和Fusion Compiler是新思科技數(shù)字設(shè)計系列產(chǎn)品中的一部分，該系列是業(yè)界首個人工智能增強的云端設(shè)計解決方案，重新定義了傳統(tǒng)EDA工具在綜合、布局布線、及驗證簽核等方面的界限，并致力于提供業(yè)界領(lǐng)先的PPA和盡可能縮短的結(jié)果時間。此外，新思科技也已將許多IP集成到該解決方案中。

芯片的布局規(guī)劃標示了所有基礎(chǔ)元件的位置。理想情況下，宏單元和標準單元的擺放都應(yīng)該遵守芯片的數(shù)據(jù)流，以實現(xiàn)適用于目標應(yīng)用的最佳PPA。在創(chuàng)意電子的例子中，他們成功實現(xiàn)將翻轉(zhuǎn)功耗降低14%，線長減少19%。

傳統(tǒng)的布局規(guī)劃是手動且耗時的流程，新思科技的IC Compiler II和Fusion Compiler數(shù)字實現(xiàn)解決方案中的全新自動化和由機器學(xué)習驅(qū)動的技術(shù)是解決布局規(guī)劃難題的完美答案，不但可以大幅簡化布局規(guī)劃的迭代數(shù)量，還能夠獲得更好的結(jié)果及生產(chǎn)力，滿足開發(fā)者對設(shè)計質(zhì)量和時間的雙需求。