JP2001176972A

JP2001176972A - 半導体集積回路のレイアウト方法

Info

Publication number: JP2001176972A
Application number: JP35725099A
Authority: JP
Inventors: Hideki Mishima; 英樹三島
Original assignee: Matsushita Electronics Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-12-16
Filing date: 1999-12-16
Publication date: 2001-06-29

Abstract

(57)【要約】【課題】コンピュータを使用した半導体集積回路のレ
イアウト方法において、短い配線を優先させ、電気的特
性の悪化を防ぐと共に、未配線を減少させる。【解決手段】配線すべき端子間の配線経路の長さを求
める第１のステップと、その端子間の離間距離を求める
第２のステップと、離間距離と配線経路長を比較し配線
経路長が離間距離のある定数倍以下になった場合にその
配線経路を採用する第３のステップとを有し、採用した
配線経路に従って配線することにより、短い配線を優先
的に配線し、迂回配線を減少させる。また、全ての配線
が完了しなければ、離間距離と配線経路長との関係を決
めるある定数を、段階的に増加させながら動作を繰り返
して、全ての配線を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンピュータを利
用して設計を行う半導体集積回路のレイアウト方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路（以下，ＩＣとい
う）の分野では、少量多品種の生産が盛んであり、開発
期間や製造期間の短縮が求められている。そこで、コン
ピュータを利用したレイアウト設計の自動化が進められ
ており、特にディジタル回路の分野では自動化が進んで
いる。最近では、アナログ回路の分野でも自動配線手法
が提案されるようになってきた。

【０００３】自動配線を行う場合には、通常、チップに
対応した領域に仮想的な配線グリッドを付加する。この
場合、配線グリッド上に定まった幅による配線を行え
ば、配線同士の間隔やコンタクトと配線の間隔などのマ
スク設計上のデザインルールが満たされるように予め設
定している。従って、チップに対して迷路法による配線
手法を利用することが一般的である。

【０００４】図５は、従来のレイアウト方法における配
線工程のフローを示すものである。ステップ５０１にお
いてネットをある順序にしたがってソートし、配線の順
序を決定する。次にステップ５０２では、ソートされた
順序に従ってネットを１つ選択し、ステップ５０３によ
り迷路法や線分探索法を用いて配線経路の探索を行う。
ステップ５０４では求められた経路に従って配線を行
い、その後のステップ５０５でそのネットでの配線処理
を確認を行う。そして、全てのネットに対してステップ
５０２から５０５までの処理を行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、最近では回
路の動作速度の向上や扱う信号の高周波化により、単に
端子間を電気的に接続するだけでなく、配線の寄生容量
や配線抵抗による特性の悪化や信号の遅延を考慮してレ
イアウト設計を行わなければならない。

【０００６】また、マスタースライス方式半導体集積回
路のように、配線領域が限定された半導体チップの場
合、配線領域を自由に広げることができないため、ネッ
トを順番に配線すると、後から行う配線が通らなくなる
可能性が高い。その結果、迂回した配線（迂回配線）
や、接続が未完了になった配線(未配線)が発生してしま
う。

【０００７】本発明の目的は、上記問題点を解決するも
ので、迂回配線の本数を少なくし、レイアウト処理時間
を短縮できるレイアウト方法を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明のレイアウト方法は、配線すべき端子間の配
線経路の長さを求める第１のステップと、その端子間の
離間距離を求める第２のステップと、前記配線経路長が
前記離間距離のある定数倍以下になった場合にその配線
経路を採用する第３のステップとを有し、採用した配線
経路に従って配線する構成である。

【０００９】この構成によって、直線的な配線が優先的
に配線され、迂回する配線の本数が少なくなる。結果と
して、未配線を防止したり、電子回路の電気特性の悪化
を防止することができる。

【００１０】また、別のレイアウト方法では、全てのネ
ットに対する処理が終了した後、定数の値を段階的に増
加させながら各段階毎に第１〜第３のステップを繰り返
し、全てのネットについての配線が完了した場合か、配
線未完了のまま配線がそれ以上進められない場合に、以
上の動作を停止する構成である。

【００１１】この構成によれば、未配線部分が生じたこ
とによる繰り返し動作を行うが、障害物で阻止されて未
配線部分の配線が進展しない場合、レイアウトするため
の演算処理を途中で停止するため、不完全な配線状態の
レイアウト図を出力することができる。その結果、その
不完全なレイアウト図の情報を基に障害物の対策を再検
討することが可能になり、自動レイアウトの処理時間を
短縮できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明による実施の形態の
半導体集積回路のレイアウト方法について、図面を参照
しながら説明する。

【００１３】この実施形態で説明する端子は、入力端
子、出力端子のような信号端子であっても、電源を供給
するための電源端子であっても良いし、トランジスタ、
抵抗素子、容量素子等のデバイスの電極であっても良い
し、配線分岐点に生じる接続点であっても良い。

【００１４】図１は、本発明における半導体集積回路の
レイアウト方法の処理フローを示すものである。

【００１５】図１において、ステップ１０１では、ネッ
トリストに含まれる全てのネットをソートする。そし
て、数あるネットの中から優先的に処理するネットの順
位を予め決める。例えば、高い周波数の信号が流れるネ
ットや大電流の流れるネットは予め優先度を高く設定し
ておき、先に配線が行われるようにする。それ以外のネ
ットについては、端子の位置から計算される仮想配線長
の短い順にソートする。短い順にするのは、一般的に端
子間の距離が短いものほど配線し易く、後から行われる
配線の障害になる可能性が低いためである。

【００１６】ステップ１０２では、配線の採用基準とな
る定数ｋおよび増加率αを決定する。ここで、αの値は
０より大きくなければならない。αの値はステップ１１
１で定数ｋを増加させる値にもなるため、αの値を大き
くするほど、定数ｋの増加率は高くなり、計算速度は速
くなるが、逆に解の精度は悪くなる。ステップ１０３か
らステップ１０９まではソートされた順にしたがって、
全てのネットの処理を行う。

【００１７】ステップ１０３では、ネットリストの中か
らソートされた順序にしたがってまだ処理されていない
配線を１つ選択する。

【００１８】ステップ１０４では、迷路法や線分探索法
といった一般的な手法を用いて、ネットの配線経路を探
索する。

【００１９】ステップ１０５では、ネットの接続する端
子間の離間距離Ｄを求める。この実施形態で求める距離
は端子間のマンハッタン距離とする。マンハッタン距離
とは、端子間を水平および垂直の線分を用いて結ぶ時の
最短経路の長さであり、接続する端子の座標を（ｘ１，
ｙ１）、（ｘ２，ｙ２）とすると、マンハッタン距離Ｄ
は次式（１）により表される。

【００２０】Ｄ＝｜ｘ１−ｘ２｜＋｜ｙ１−ｙ２｜ ‥‥（１）即ち、マンハッタン距離は、配線グリッドを用いた配線
手法の場合の最短経路の長さとなる。このマンハッタン
距離は、加算と減算のみによる計算で距離を求めること
ができるため、演算処理時間が短く、しかもＩＣのレイ
アウトに適合しているために使用している。しかし、直
線距離Ｄ’を計算して離間距離Ｄとしても構わない。そ
の場合、直線距離Ｄ’は次式（２）で求められるが、加
減算の他に自乗倍や平方根等の演算が必要なため、演算
処理時間が長くなるという欠点がある。

【００２１】Ｄ’＝〔（ｘ１−ｘ２）²＋（ｙ１−ｙ２）²〕^1/2 ‥‥（２）ステップ１０６では、ステップ１０４で求められたネッ
トの配線経路の長さＬを求める。経路の長さは経路を構
成する線分の長さの和とする。ステップ１０５とステッ
プ１０６はどちらを先に行っても構わない。

【００２２】ネットが複数の端子を持つ場合は、ステッ
プ１０５，１０６を以下のように処理する。端子間の距
離Ｄをステップ１０４における配線経路探索の始点と終
点の距離とし、配線経路の長さＬをこのとき求められた
配線経路の長さとする。部分的に配線が完了しているネ
ットにおいては、始点や終点が信号端子（図示せず）や
デバイスの電極（図示せず）ではなく、配線途中の接続
点になる場合もある。

【００２３】ステップ１０７では、配線経路長Ｌと離間
距離Ｄの比較を行い、Ｌがｋ×Ｄよりも小さいとき、そ
の配線経路を採用する。採用しない場合は、次のネット
の処理に移る。同一ネット内に複数の端子が存在する場
合には、部分的に配線が行われ残りが接続されないこと
がある。この場合は、途中まで採用された配線経路のみ
を配線する。このネットはまだ配線が完了していないた
め、次の繰り返しにおいて既存の配線を利用して残りの
配線が行われる。

【００２４】ステップ１０８では、経路が決まったネッ
トの配線を行う。ここで配線が行われた領域はこれ以降
の処理では配線障害領域となる。

【００２５】ステップ１０９では、すべてのネットに対
してステップ１０３から１０７の処理を行われたかどう
かを調べ、すべてのネットの処理が行われていない場合
にはステップ１０３に戻り、それでなければステップ１
１０に移る。

【００２６】ステップ１１０では、全てのネットの配線
が完了しているかを調べ、完了していれば終了する。配
線が完了するということは、すでに配線が完了している
か、又は、配線可能な新たな経路が見つからず、配線状
況が進展しないことである。全てのネットの配線が完了
していない場合はステップ１１１に移る。

【００２７】ステップ１１１では、定数ｋの値をαだけ
増加する。これにより配線経路の制限が緩和されるた
め、次の繰り返し動作において、新しい配線経路が見つ
け易くなる。

【００２８】図２は、ネットが２端子の場合における端
子間距離および配線経路の長さの計算例を示したもので
ある。図２（ａ）において、２０１と２０２は接続しよ
うとする端子であり、２０３と２０４は配線が通過する
ことができない障害領域である。２０１と２０２の端子
間のマンハッタン距離Ｄは、端子間を水平と垂直の線分
を用いて接続できる最短経路の長さであり、図中の破線
２０５で表される経路の長さとなる。この端子間の配線
を行った結果は図２（ｂ）のようになり、配線経路は２
０６、２０７、２０８、２０９、２１０、２１１の線分
によって表されている。ここで、２０６から２１１まで
の線分の長さをそれぞれＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ
５，Ｌ６とすると、配線経路長Ｌは次式（３）で求めら
れる。

【００２９】Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４＋Ｌ５＋Ｌ６ ‥‥（３）図３は、同一ネット内に端子が３つある場合における端
子間距離および配線経路の長さの計算例を示したもので
ある。ここで、図３（ａ）に示すように３０１、３０
２、３０３は接続しようとする端子であり、端子３０２
と端子３０３は既に配線３０４で接続されているものと
する。３０５、３０６は障害領域である。この状態にお
いて、残りの配線経路を求めると、図３（ｂ）に示すよ
うな線分３０８、３０９、３１０によって構成される配
線経路が得られ、既存の配線３０４上に接続点３０７を
設けて端子として取り扱い、その接続点３０７に線分３
０８の端部を接続する。この場合の離間距離Ｄは、端子
３０１と接続点３０７の間のマンハッタン距離（水平と
垂直の線分を用いて接続できる最短距離）となるため、
破線３１１で表された経路の長さとなる。また、３０８
から３１０までの線分の長さをそれぞれＬ１，Ｌ２，Ｌ
３とすると、配線経路長Ｌは次式（４）で求められる。

【００３０】Ｌ＝Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３ ‥‥（４）図４は配線経路探索の例を示すものである。この例は配
線層は１層のみを利用しているが、２層以上を使う場合
でも同様である。図４（ａ）において、４０１から４０
４は接続しようとする端子を示している。ここで、４０
１と４０２は同じネットＡに属する端子である。４０３
と４０４は同じネットＢに属する端子である。また、４
０５は他の配線などの配線障害領域であり、配線がこの
部分を通過することはできない。

【００３１】図４（ｂ）は、従来から使用されている手
法によって配線された結果である。従来の手法では、端
子間距離が短いなどの優先度の高いものから順に配線を
行う。端子間距離が短いものを先に配線するのは、配線
長の長いネットほど他の配線の障害になりやすいためで
ある。ここでは、ネットＡの端子間距離がネットＢの端
子間距離よりも短いので、ネットＡの配線を先に行う。
ところが、この手法では端子間に配線経路があれば必ず
配線してしまうため端子間に障害領域があれば、配線経
路は障害領域を避けるために配線が迂回し、結果として
経路は長くなってしまう。経路が長くなれば他の配線の
障害となる可能性が高く、結果として他の配線が必要以
上に迂回したり、未接続になってしまう恐れがある。こ
の例では、ネットＡの配線によって発生した障害によ
り、ネットＢの配線が迂回している。

【００３２】図４（ｃ）は、本発明の配線結果である。
図４（ｃ）において、端子４０１と端子４０２は離間距
離が近いため、従来手法と同様に先に配線が行われる。
しかし、図１中のステップ１０６により、この経路が採
用されるかどうかが判定される。繰り返しの初期段階で
は、係数ｋの値が１に近いため、このような迂回する経
路は採用されない。次に、４０３と４０４の端子間の配
線が行われるが、この端子間は障害領域がないため、直
線的に配線を行うことができる。この場合は、離間距離
と経路長が等しいため、係数ｋの値に関わらず経路Ｂが
採用される。したがって、配線経路は採用され、その配
線経路を残したまま、次のループでの配線が行われる。
この時の定数は、先の定数ｋにプラスアルファしたＫに
設定される。

【００３３】次のループの配線では、定数ｋの値が増加
しているため、迂回した経路でも採用され配線が行われ
る。このような手法を利用すると、迂回した配線経路が
他の配線の障害となる可能性が低く、他の配線の迂回や
未接続を防ぐことができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明の半導体集積回路のレイアウト方
法は、短い配線経路で配線できるものは優先的に配線さ
れ、配線が長くなる迂回配線の配線が後回しで行われる
ため、配線の混雑状態が解消され、未配線を防止するこ
とができ、レイアウトの処理時間を短縮できる。また、
配線の混雑状態や配線長の増加が解消される結果、完成
したＩＣにおいて、信号を伝搬する時の遅延特性や周波
数特性の悪化を防ぐことができる。

【００３５】また、障害物で阻止されて未配線部分の配
線が進展しない場合、レイアウトするための演算処理を
途中で停止するため、不完全なレイアウト図を早く出力
して、障害物への対応策を早期に検討することができ、
最終的なレイアウト図を完成するまでの設計トータル時
間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的なフローを示す図

【図２】２端子間の距離および経路長の例を示す図

【図３】複数端子間の距離および経路長の例を示す図

【図４】本発明の動作例を示す図

【図５】従来の手法のフローを示す図

【符号の説明】

２０１第一の端子２０２第二の端子２０３配線の障害領域２０４配線の障害領域２０５端子間のマンハッタン距離を示す経路２０６配線経路を構成する第一の線分２０７配線経路を構成する第二の線分２０８配線経路を構成する第三の線分２０９配線経路を構成する第四の線分２１０配線経路を構成する第五の線分２１１配線経路を構成する第六の線分３０１第一の端子３０２第二の端子３０３第三の端子３０４既存の配線３０５配線の障害領域３０６配線の障害領域３０７既存の配線との接続点３０８配線経路を構成する第一の線分３０９配線経路を構成する第二の線分３１０配線経路を構成する第三の線分３１１端子間のマンハッタン距離を示す経路４０１第一の端子４０２第二の端子４０３第三の端子４０４第四の端子４０５配線の障害領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】配線すべき端子間の配線経路の長さを求
める第１のステップと、その端子間の離間距離を求める
第２のステップと、前記配線経路長が前記離間距離のあ
る定数倍以下になった場合にその配線経路を採用する第
３のステップとを有し、採用した配線経路に従って配線
することを特徴とする半導体集積回路のレイアウト方
法。
【請求項２】一つのネット上に複数の端子が存在する
場合、第１の接続点から最初に到達した同一ネット上の
第２の接続点までの配線経路の長さを求める第１のステ
ップと、その第１，第２の接続点間の離間距離を求める
第２のステップと、前記配線経路長が前記離間距離のあ
る定数倍以下になった場合にその配線経路を採用する第
３のステップとを有し、採用した配線経路に従って配線
することを特徴とする請求項１記載の半導体集積回路の
レイアウト方法。
【請求項３】全てのネットに対する処理が終了した
後、定数の値を段階的に増加させながら各段階毎に第１
〜第３のステップを繰り返し、全てのネットについての
配線が完了した場合か、配線未完了のまま配線がそれ以
上進展しない場合に、以上の動作を停止することを特徴
とする請求項１または請求項２記載の半導体集積回路の
レイアウト方法。