CN115221835A - 一种芯片设计的物理验证方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种芯片设计的物理验证方法及装置，该方法包括：根据芯片版图设计的模拟电路，确定模拟电路的物理验证模块；其中，物理验证模块，包括矩形数据模块和规则约束模块，对矩形数据模块需要查询矩形的进行空间索引，判断是否满足规则约束模块的电路布局验证和设计规则检查的约束条件；若是，对矩形数据模块中矩形进行对应层级的空间数据索引得到满足第一预设条件的第一矩形和第二预设条件的第二矩形；对第一矩形进行电路布局验证以及对第二矩形进行设计规则检查验证，根据矩形验证结果进行芯片设计的物理验证。本发明可以可以应对布局当中产生的复杂的图形变换情况，可以有效的运行在模拟电路自动化工具中，实现芯片设计的物理验证。

Description

一种芯片设计的物理验证方法及装置

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种芯片设计的物理验证方法及装置。

背景技术

集成电路已经成为中国和美国国家战略层面的产业发展方向。然而，集成电路设计成本高，周期长。一款芯片的研发，往往需要几百名专业的集成电路工程师一年甚至更长的时间才能完成。其原因在于现有的集成电路设计流程冗长，例如对于数字集成电路，需要经过RTL设计，RTL综合，布局时钟树综合，布线等过程。每个环节都需要专业的工程师参与。对于模拟电路而言，情况也类似。而考虑到SoC(片上系统)中既包括数字电路又包括模拟电路，二者结合又需要额外的验证工作。因此集成电路企业一般都需要大量的专业工程师。一方面，专业的集成电路工程师需要经过电子工程专业系统的学习，还需要有3-5年的硕士或者博士的科研训练，因此同样面临成本高，周期长的问题。此外，从全球的角度来看，由于互联网等新兴领域吸引了大量的优秀的毕业生，因此集成电路设计并非名校毕业生的首选专业方向。这进一步加剧了人才缺口的问题。解决这一问题的思路是进一步提高集成电路设计自动化的程度，从而减小对专业人才的需求。

在模拟电路进行布局布线时需要使用物理验证引擎进行约束检查。其约束条件分为电路布局验证(Layout versus schematic，LVS)和设计规则检查(Design Rule Check，DRC)。LVS的目的是其目的是保证验证特定集成电路与网表描述一致。DRC的目的是保证版图可以顺利制造出来。必须满足厂商根据工艺定义的设计规则，设计规则的是为了保持电路拓扑的完整性和防止掩膜形的断裂和碰撞而造成电路的开路和短路。

随着集成电路设计规模逐渐变大，物理验证的难度也随之上升。而最直观的体现在于模块的增加，导致一次物理验证产生的时间和空间复杂度过高。而在芯片设计的布局布线阶段需要依赖于电路中存在的对象进行物理验证。在布局阶段，需要确定电路中的所有单元，输入输出引脚等对象，但是在进行自动布局或者人工布局的过程中，可能产生违例，例如不同线网之间触碰导致短路。而在布线阶段，在布线阶段，将使用金属线和通孔将布局产生的引脚连接起来。而在连接引脚的过程中金属层矩形和通孔需要满足大量的约束条件。基于以上在芯片物理验证遇到的问题，需要提高电路模块的查询速度以及发现与处理产生违例的对象，以缩短芯片开发周期。

现有技术利用可以通过金属线、通孔金属的长宽尺寸，以及它们的相对格点位置，快速地判断是否违反约束，在建立三维格点图后，就为不同的金属线和通孔建立了多个冲突格点查找表，对于工业标准的lef/def接口来说，模拟集成电路设计中产生的空间层次化结构会被打平，会导致空间和时间复杂度过高。在TritonRoute等论文中均采用网格点的进行约束他条件检查，此方式的时间复杂度为O(1)，速度明显高于采用RTree的O(logn)时间复杂度。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种芯片设计的物理验证方法，可以应对布局当中产生的复杂的图形变换情况，可以有效的运行在模拟电路自动化工具中，实现芯片设计的物理验证。

为达上述目的，本发明一方面提出了一种芯片设计的物理验证方法，包括：

根据芯片版图设计的模拟电路，确定所述模拟电路的物理验证模块；其中，所述物理验证模块，包括矩形数据模块和规则约束模块，

对所述矩形数据模块需要查询矩形的进行空间索引，判断是否满足所述规则约束模块的电路布局验证和设计规则检查的约束条件；若是，

对所述矩形数据模块中矩形进行对应层级的空间数据索引得到满足第一预设条件的第一矩形和第二预设条件的第二矩形；

对所述第一矩形进行所述电路布局验证以及对所述第二矩形进行设计规则检查验证，根据矩形验证结果进行芯片设计的物理验证。

根据本发明实施例的芯片设计的物理验证方法还可以具有以下附加技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述矩形数据模块包括树类型节点，包括RRect和Instance，其中，RRect为树的叶子节点，所述叶子节点为所述矩形，Instance为树的节点。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述对矩形数据模块中矩形进行对应层级的空间数据索引得到满足第一预设条件的第一矩形和第二预设条件的第二矩形，包括：

查询所述矩形数据模块中矩形的层级得到对应层级的空间数据，对空间数据进行空间索引得到足预设条件的相交矩形；以及，

对查询的所述矩形数据模块中矩形进行格点偏移和空间变换操作得到不相交矩形。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述对第一矩形进行所述电路布局验证以及对所述第二矩形进行设计规则检查验证，包括：

对所述第一矩形进行所述电路布局验证，如果进行查询的矩形和进行验证的矩形相交，则通过调用函数得到第一故障矩形；以及，

对所述第二矩形进行所述设计规则检查的间距查询，对存在平行间距正负状态的矩形进行处理得到第二故障矩形。

为达到上述目的，本发明另一方面提出了一种芯片设计的物理验证装置，包括：

电路确定模块，用于根据芯片版图设计的模拟电路，确定所述模拟电路的物理验证模块；其中，所述物理验证模块，包括矩形数据模块和规则约束模块，

约束判断模块，用于对所述矩形数据模块需要查询矩形的进行空间索引，判断是否满足所述规则约束模块的电路布局验证和设计规则检查的约束条件；若是，

空间索引模块，用于对所述矩形数据模块中矩形进行对应层级的空间数据索引得到满足第一预设条件的第一矩形和第二预设条件的第二矩形；

物理验证模块，用于对所述第一矩形进行所述电路布局验证以及对所述第二矩形进行设计规则检查验证，根据矩形验证结果进行芯片设计的物理验证。

本发明第三方面提出了一种计算机设备，包括处理器和存储器；

其中，所述处理器通过读取所述存储器中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于实现芯片设计的物理验证方法。

本发明第四方面提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现芯片设计的物理验证方法。

本发明实施例的芯片设计的物理验证方法、装置、设备及存储介质，实现了基于RTree的层次化空间索引以及运行时的LVS和DRC检查。可以调用此算法的api，帮助在布局布线中实现物理验证检查。本算法可以应对布局当中产生的复杂的图形变换情况，且面对布局布线时产生的隐形边问题，间距变长问题进行了分析解决，可以有效的运行在模拟电路自动化工具中，实现芯片设计的物理验证。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的芯片设计的物理验证方法的流程图；

图2为根据本发明实施例的矩形之间的间距类型图；

图3为根据本发明实施例的芯片设计的物理验证方法的架构图；

图4为根据本发明实施例的芯片设计的物理验证装置结构示意图；

图5为根据本发明实施例的计算机设备。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的芯片设计的物理验证方法、装置、设备及存储介质。

图1是本发明一个实施例的芯片设计的物理验证方法的流程图。

如图1所示，该方法包括但不限于以下步骤：

S1，根据芯片版图设计的模拟电路，确定模拟电路的物理验证模块；其中，物理验证模块，包括矩形数据模块和规则约束模块，

S2，对矩形数据模块需要查询矩形的进行空间索引，判断是否满足规则约束模块的电路布局验证和设计规则检查的约束条件；若是，

S3，对矩形数据模块中矩形进行对应层级的空间数据索引得到满足第一预设条件的第一矩形和第二预设条件的第二矩形；

S4，对第一矩形进行所述电路布局验证以及对第二矩形进行设计规则检查验证，根据矩形验证结果进行芯片设计的物理验证。

具体的，下面结合附图对本发明实施例的芯片设计的物理验证方法进行详细阐述。

本发明实施例的芯片设计的物理验证方法流程可进一步为：

作为一种示例，调用芯片验证API。

具体地，调用API，传入需要查询的矩形进行空间索引，判断其是否满足LVS和DRC的约束条件。查询节点分为两种，RRect和Instance，其中RRect可以类比为树的叶子节点，Instance可以类比为树的节点。最初查询的节点为树的根节点。最后返回满足条件的相交的RRect

进一步地，进行空间层次碰撞。

具体地，首先根据查询矩形存在的层级找到对应层级的2D的RTree，进行空间索引，返回存在满足条件的相交矩形。再对查询的矩形进行格点偏移，空间变换操作，然后用此变换过的矩形进行子自定义Instance中的RTree的空间索引，以此进行递归查询，减少内存占用。

进一步地，LVS检查，针对已经查询到的RRect进行LVS检查。如果进行查询的矩形和进行验证的矩形相交，过滤掉闭包返回为假的矩形，返回出现短路问题的矩形。

进一步地，DRC检查，针对已经查询到的RRect进行DRC检查。对于不相交的矩形，进行DRC间距查询。过滤掉闭包返回为假的矩形，并对满足条件的矩形进行处理。进行DRC间距处理需要对存在平行间距正负(平行间距为负数为对角相离情况)两种情况分别进行处理，最后返回不符合间距问题的矩形。

可以理解的是，物理验证模块分为布线算法进行约束，其约束条件为电路布局验证和设计规则检查。对于一个线网中的金属层矩形，不允许碰撞其他线网的金属层矩形。DRC问题在模拟电路自动化工具中的布线过程中，目前只考虑S间距问题以及通孔的S，EN问题。

物理验证模块为模拟电路自动化工具中进行传输的Instance模块提供增加，删除，修改，查询操作。其内部数据采用RTree进行维护模拟电路自动化工具插入的数据为Instance。其划分为两种：RRect Instance和自定义Instance。其中RRect作为基础模块，可以被视为一个矩形，其坐标系为顶层的坐标系。而自定义的Instance的包含了多个矩形以及子Instance，其坐标系为此Instance的坐标系。以此产生了一个递归结构。因此可以利用这种层次结构进行空间层次化索引，进而达到减少内存的占用的效果。

对于矩形数据模块，可以近似看做一棵树。即树的叶子节点为基本矩形RRect，而若干RRect和子Instance可以组成一个Instance来作为非叶子结点。存储RRect和Instance的方式有所不同，原因在于基本矩形具有layer信息且唯一，而Instance的layer信息具有多个。由于layer信息的复杂性，Instance无法采用3D的方式进行存储。依此，RRect采用HashMap进行存储数据，layer作为key；Instance采用数组进行存储。且需要维护一个数据结构存储基本矩形和Instance layer信息的并集。对于查询操作，对于顶层数据，即RRect，直接采用RTree的碰撞检查即可。对于Instance由于需要采用递归的方式进行查询，而Instance存储的方式可能存在翻转，旋转等操作，而其存储的数据并没有进行此类操作，所以需要进行空间变换。

对于规则约束模块，由于加入了矩形融合算法，所以在进行金属层约束处理时可以忽略隐藏边带来的隐患，从而对金属层规则约束处理进行进一步简化，抽象成两个矩形之间的间距问题。两个矩形之间的间距分为三种类型，即相交，对角相离，x或y方向的投影重叠。三种情况如图2所示。

对于图2中的b第二种对角相离的情况，只需要获取两个矩形之间的对角直线距离即可通过pdk获取是否满足默认最小间距问题。但是仍然会出现已经连接完毕的情况。此时，对于两个矩形之间的中间矩形可以视为类似模式布线的情况:两个矩形之间以最小宽度相连，且不考虑规则约束。此时布线可以产生上L和下L形，如果其中一种情况被全部剪切完成，则符合间距约束。

对于图2中的c第三种情况，通过调用模拟电路自动化工具提供的pdk api，可以获取当前工艺的spacingtable，计算出距离两者之间存在的间距以及宽度即可。需要注意的是，可能存在一下两个矩形之间以及存在一个矩形进行连接的情况，而此时由于未知中间的矩形的长宽是否会足够修补间距，则需要通过以下算法进行获取长宽。对于矩形a,b，首先扩展矩形a的范围，获取周围全部矩形，而由于产生了扩展，所以可以将此类矩形分为两类:没有与a进行相交的矩形和进行相交的矩形。然后获取未进行碰撞的矩形之间的中间矩形，并将中间矩形对范围内的所有碰撞矩形进行剪切。最后对矩形剪切完成之后的若干矩形进行处理，剪切矩形的长即为两者之间的间距，宽度即为两者的平行长度。

进一步地，如图3所示，矩形数据模块，对于矩形数据模块的空间层次化查询，通过调用query函数可以从数据集合中获取到所有与nbox发生碰撞的矩形。其中第一个参数类型为NBox，包含了矩形的位置信息和所在层级信息；第二个参数为Instance栈列表，主要服务于回溯线网信息；第三个参数为offset，为元组类型，即此intance的module在空间索引中的偏移量；第四个参数类型为布尔类型，描述是否进行空间层次化索引，若输入参数为否，则只对顶层的矩形进行索引。

规则约束模块，可以调用check_lvs_and_drc函数访问规则约束模块。其中第一个参数类型为NBox，包含了了矩形的位置信息以及所在的层级。而第二个参数的类型为哈希表，其key为字符串，包含了需要进行检查的规则名字，value为该规则下的过滤器，为闭包引用，内部信息不可改变。闭包存在的意义是可以将对于外部模块的依赖度降低，且灵活地进行规则约束。例如在进行一个矩形规lvs短路检查时，如果碰撞到同一线网的矩形是可以接受的，那么只要在过滤器中提供此返回值为布尔类型的函数，即可自动将其过滤。

根据本发明实施例的芯片设计的物理验证方法，实现了基于RTree的层次化空间索引以及运行时的LVS和DRC检查。可以调用此算法的api，帮助在布局布线中实现物理验证检查。本算法可以应对布局当中产生的复杂的图形变换情况，且面对布局布线时产生的隐形边问题，间距变长问题进行了分析解决，可以有效的运行在模拟电路自动化工具中，实现芯片设计的物理验证。

为了实现上述实施例，如图4所示，本实施例中还提供了芯片设计的物理验证装置10，该装置10包括：电路确定模块100、约束判断模块200、空间索引模块300和物理验证模块400。

电路确定模块100，用于根据芯片版图设计的模拟电路，确定模拟电路的物理验证模块；其中，物理验证模块，包括矩形数据模块和规则约束模块，

约束判断模块200，用于对矩形数据模块需要查询矩形的进行空间索引，判断是否满足规则约束模块的电路布局验证和设计规则检查的约束条件；若是，

空间索引模块300，用于对矩形数据模块中矩形进行对应层级的空间数据索引得到满足第一预设条件的第一矩形和第二预设条件的第二矩形；

物理验证模块400，用于对第一矩形进行所述电路布局验证以及对第二矩形进行设计规则检查验证，根据矩形验证结果进行芯片设计的物理验证。

进一步的，矩形数据模块包括树类型节点，包括RRect和Instance，其中，RRect为树的叶子节点，叶子节点为所述矩形，Instance为树的节点。

进一步的，上述空间索引模块300，还用于：

查询矩形数据模块中矩形的层级得到对应层级的空间数据，对空间数据进行空间索引得到足预设条件的相交矩形；以及，

对查询的矩形数据模块中矩形进行格点偏移和空间变换操作得到不相交矩形。

进一步的，物理验证模块400，还用于：

对第一矩形进行电路布局验证，如果进行查询的矩形和进行验证的矩形相交，则通过调用函数得到第一故障矩形；以及，

对第二矩形进行设计规则检查的间距查询，对存在平行间距正负状态的矩形进行处理得到第二故障矩形。

根据本发明实施例的芯片设计的物理验证装置，实现了基于RTree的层次化空间索引以及运行时的LVS和DRC检查。可以调用此算法的api，帮助在布局布线中实现物理验证检查。本算法可以应对布局当中产生的复杂的图形变换情况，且面对布局布线时产生的隐形边问题，间距变长问题进行了分析解决，可以有效的运行在模拟电路自动化工具中，实现芯片设计的物理验证。

为了实现上述实施例的方法，本发明还提供了一种计算机设备，如图5所示，该计算机设备600包括存储器601、处理器602；其中，所述处理器602通过读取所述存储器601中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于实现上文所述芯片设计的物理验证方法的各个步骤。

为了实现上述实施例的方法，本发明还提供了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现芯片设计的物理验证方法。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种芯片设计的物理验证方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据芯片版图设计的模拟电路，确定所述模拟电路的物理验证模块；其中，所述物理验证模块，包括矩形数据模块和规则约束模块；

对所述矩形数据模块需要查询矩形的进行空间索引，判断是否满足所述规则约束模块的电路布局验证和设计规则检查的约束条件；若是，

对所述矩形数据模块中矩形进行对应层级的空间数据索引得到满足第一预设条件的第一矩形和第二预设条件的第二矩形；

对所述第一矩形进行所述电路布局验证以及对所述第二矩形进行设计规则检查验证，根据矩形验证结果进行芯片设计的物理验证。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述矩形数据模块包括树类型节点，包括RRect和Instance，其中，RRect为树的叶子节点，所述叶子节点为所述矩形，Instance为树的节点。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对矩形数据模块中矩形进行对应层级的空间数据索引得到满足第一预设条件的第一矩形和第二预设条件的第二矩形，包括：

查询所述矩形数据模块中矩形的层级得到对应层级的空间数据，对空间数据进行空间索引得到足预设条件的相交矩形；以及，

对查询的所述矩形数据模块中矩形进行格点偏移和空间变换操作得到不相交矩形。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对第一矩形进行所述电路布局验证以及对所述第二矩形进行设计规则检查验证，包括：

对所述第一矩形进行所述电路布局验证，如果进行查询的矩形和进行验证的矩形相交，则通过调用函数得到第一故障矩形；以及，

对所述第二矩形进行所述设计规则检查的间距查询，对存在平行间距正负状态的矩形进行处理得到第二故障矩形。

5.一种芯片设计的物理验证装置，其特征在于，包括以下步骤：

电路确定模块，用于根据芯片版图设计的模拟电路，确定所述模拟电路的物理验证模块；其中，所述物理验证模块，包括矩形数据模块和规则约束模块，

约束判断模块，用于对所述矩形数据模块需要查询矩形的进行空间索引，判断是否满足所述规则约束模块的电路布局验证和设计规则检查的约束条件；若是，

空间索引模块，用于对所述矩形数据模块中矩形进行对应层级的空间数据索引得到满足第一预设条件的第一矩形和第二预设条件的第二矩形；

物理验证模块，用于对所述第一矩形进行所述电路布局验证以及对所述第二矩形进行设计规则检查验证，根据矩形验证结果进行芯片设计的物理验证。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述矩形数据模块包括树类型节点，包括RRect和Instance，其中，RRect为树的叶子节点，所述叶子节点为所述矩形，Instance为树的节点。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述空间索引模块，还用于：

查询所述矩形数据模块中矩形的层级得到对应层级的空间数据，对空间数据进行空间索引得到足预设条件的相交矩形；以及，

对查询的所述矩形数据模块中矩形进行格点偏移和空间变换操作得到不相交矩形。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述物理验证模块，还用于：

对所述第一矩形进行所述电路布局验证，如果进行查询的矩形和进行验证的矩形相交，则通过调用函数得到第一故障矩形；以及，

对所述第二矩形进行所述设计规则检查的间距查询，对存在平行间距正负状态的矩形进行处理得到第二故障矩形。

9.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器和存储器；

其中，所述处理器通过读取所述存储器中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于实现如权利要求1-4中任一项所述的芯片设计的物理验证方法。

10.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一项所述的芯片设计的物理验证方法。

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