JP2007329425A - 半導体集積回路の自動配線方法、プログラム及び記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】信号配線を多数のポートに接続する場合であっても信号の伝送特性を確保できる最適な配線位置を決定可能な半導体集積回路の自動配線方法等を提供する。
【解決手段】本発明の自動配線方法は、半導体集積回路の複数のセルが配置されたレイアウトデータを取得し（ステップＳ１１）、信号配線の接続対象となるポート（接続端子）に関するデータを取得し（ステップＳ１２）、重み付け指定に応じてセル内のトランジスタサイズに基づく重み付け倍率を設定し(ステップＳ１３〜Ｓ１５）、各ポートのＹ座標の平均値を算出することにより（ステップＳ１６）、最適な配線位置を決定する（ステップＳ１７）。また、他の信号配線との位置関係を考慮して補足的な処理を行う（ステップＳ１８、Ｓ１９）。このように決定された信号配線を各ポートと接続する場合、各引き込み配線の容量成分や抵抗成分の影響を軽減でき、良好な信号の伝送特性を確保することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路のレイアウト設計を行うレイアウトシステムに関し、特に、半導体集積回路を構成するセルの各ポート（接続端子）に対して接続される配線の最適位置を決定する自動配線方法に関するものである。

従来から、半導体集積回路のレイアウト設計において、回路素子である多数のセルに対して信号配線を接続する場合、その位置を自動的に決定する自動配線方法が広く知られている(例えば、特許文献１、２参照)。このような半導体集積回路の自動配線方法は、例えば、図７のフローチャートに示す処理に従って行われる。図７に示す処理においては、半導体集積回路を構成する複数のセルが配置済みとなったレイアウトデータが取得される（ステップＳ１）。そして、レイアウトデータにおいて、所定の信号配線に対して接続すべきポート（接続端子）を含む複数のセルが特定され、それぞれのセルに付随する接続対象のポートに関するデータが抽出される（ステップＳ２）。ここで、所定の信号配線はＸ方向に延びると仮定すると、ステップＳ２で抽出されるデータには、接続対象のポートのＹ方向の座標が含まれる。次いで、接続対象のポートの各Ｙ座標のうち最大値及び最小値を判別し、両者の中央位置を求める（ステップＳ３）。その結果、ステップＳ３で求めた中央位置を信号配線のＹ座標とし、最適な配線位置が決定される（ステップＳ４）。このように決定された位置に信号配線が配置されると、接続対象のポートと信号配線の間はＹ方向に延びる引き込み配線により接続されることになる。

特開２０００−２００８３４号公報 特開平６−３１０６００号公報

しかしながら、近年の半導体集積回路の集積度の向上に伴い低電圧化、高速動作が要求され、信号配線の配置による影響が大きくなっている。そして、信号配線に多数のポートが接続されるレイアウトにおいては、特に信号配線と各ポートを接続する多数の引き込み配線の抵抗成分と容量成分の増加が問題となる。この場合、従来の自動配線方法では、ポートが多数あっても座標の最大値と最小値の中央位置を信号配線の位置とするので、ポートの座標の分布に偏りがあっても考慮されることはなく、抵抗成分と容量成分を小さくするための最適な配置をとることは困難であった。

そこで、本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、半導体集積回路の信号配線を配置する際、複雑に分布する多数のポートが信号配線と接続される場合であっても、引き込み配線の容量成分と抵抗成分の影響を軽減できるように信号配線に対する最適な位置を決定することが可能な半導体集積回路の自動配線方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の半導体集積回路の自動配線方法は、半導体集積回路の回路素子に対応する複数のセルが配置されたレイアウトデータに基づき配線位置を決定する半導体集積回路の自動配線方法であって、第１の方向に延びる所定の信号配線を配置する際、前記複数のセルにそれぞれ含まれる接続端子のうち前記信号配線への接続対象として選択された全ての前記接続端子について前記第１の方向と直交する第２の方向の座標を抽出し、前記抽出された座標の平均値を算出し、前記平均値に基づき前記所定の信号配線の前記第２の方向の位置を決定するものである。

本発明によれば、レイアウトデータに基づき第１の方向に延びる所定の信号配線を配置する際、レイアウトデータから接続対象の接続端子を選択し、それぞれの接続端子について抽出された第２の方向の座標の平均値を算出し、それにより信号配線の位置を決定することができる。よって、信号配線に接続される多数の接続端子が複雑に分布する場合であっても信号配線を最適な位置に配置可能となり、各接続端子と信号配線を結ぶ引き込み配線の容量成分及び抵抗成分の影響を抑制し、信号の良好な伝送特性を確保することができる。

また、本発明の半導体集積回路の自動配線方法は、半導体集積回路の回路素子に対応する複数のセルが配置されたレイアウトデータに基づき配線位置を決定する半導体集積回路の自動配線方法であって、第１の方向に延びる所定の信号配線を配置する際、前記複数のセルにそれぞれ含まれる接続端子のうち前記信号配線への接続対象として選択された全ての前記接続端子について前記第１の方向と直交する第２の方向の座標を抽出し、前記接続端子に重み付けが指定されている場合は、前記重み付けに応じて前記抽出された座標の平均値を算出し、前記平均値に基づき前記所定の信号配線の前記第２の方向の位置を決定するものである。

本発明によれば、上述の作用、効果に加えて、各接続端子に重み付けを指定して平均値の算出に反映するようにしたので、伝送特性の面で重要度の高い接続端子に対して信号配線をより接近した位置に配置可能となり、信号の伝送特性を一層向上させることができる。

本発明において、前記重み付けの指定に対応して前記平均値を算出する際の倍率を設定し、接続対象の前記接続端子は前記倍率に対応する個数があるとして前記平均値の算出を行うようにしてもよい。

本発明において、前記重み付けの指定に対応する前記倍率を、対象となる前記接続端子を有する前記セルのトランジスタサイズに基づいて設定してもよい。

本発明において、前記信号配線と前記接続対象の各接続端子を、前記第２の方向に延びる引き込み配線により接続してもよい。

上記課題を解決するために、本発明のプログラムは、コンピュータに上記の半導体集積回路の自動配線方法を実行させるためのプログラムである。

また、本発明の記録媒体は、上記のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。

本発明によれば、半導体集積回路に所定の信号配線を配置する際、接続対象として選択された接続端子の座標に基づいて、例えば座標の平均値を算出したり、あるいは接続端子の重み付けを考慮するなどして、信号配線の位置を決定するようにしたものである。従って、信号配線に接続される多数のポートが多様な分布で接続される場合であっても、信号配線と各接続端子を結ぶ引き込み配線の容量成分・抵抗成分の影響を最小化し、良好な信号の伝送特性を確保し得る最適な位置に信号配線が配置されたレイアウトを実現可能となる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態においては、本発明に係る半導体集積回路の自動配線方法のプログラムを実行させるために、パーソナルコンピュータ等を利用したレイアウトシステムを構築する必要がある。このようなレイアウトシステムを用いて、本発明の自動配線方法のプログラムを記録した記録媒体を読み取らせて実行させる場合の実施形態について具体的に説明する。

図１は、本実施形態の自動配線方法を適用した処理の流れを説明するフローチャートである。本実施形態の処理が開始されると、半導体集積回路における回路素子に対応する各セルを配置したレイアウトデータが取得される（ステップＳ１１）。ここで、ステップＳ１１のレイアウトデータに対応する配置例を図２に示している。図２は、Ｘ（図中横方向）及びＹ（図中縦方向）により座標が特定される所定の平面領域に構成されるレイアウトが示され、レイアウト中には、矩形状の多数のセル１０と、セル１０内に配置されるポート１１が含まれる。セル１０は、半導体基板上に構成されるトランジスタ等の素子に対応している。また、ポート１１は、セル１０に対して入力／出力される所定の信号の接続端子に対応している。

図２の例では、多様なサイズを有する多数のセル１０が４列に配列されているが、そのうちのセル名ＢＬＫ１、ＢＬＫ２、ＢＬＫ３、ＢＬＫ４、ＢＬＫ５で表される５個のセル１０に、ポート名ＳＩＧ１で表されるポート１１が配置されている。各ポート１１のポート名は信号に対応するので、同一名のポート１１は所定の信号配線に対して共通に接続される。なお、説明の便宜上、ポート名ＳＩＧ１のポート１１のみを示しているが、複数の信号に対応して異なるポート名を持つ多数のポート１１が配置されていてもよい。

そして、ステップＳ１１で取得されたレイアウトデータのうち、信号配線と接続すべきポート１１を含むセル１０が特定され、それぞれのセル１０に付随する接続対象のポート１１に関するデータが抽出される（ステップＳ１２）。本実施形態では、Ｘ方向に延びる信号配線に対し所定のポート１１を接続するに当たり、この信号配線の最適なＹ座標を決定することを目的としている。例えば、図２において、ポート名ＳＩＧ１を持つ５個のポート１１に接続される信号配線を配置する場合、各ポート１１の座標等のデータに基づく後述の計算を行って、図２の左端に相対表示されたＹ座標の範囲から最適値が決定される。そのため、ステップＳ１２では、接続対象のポート１１を含むセル１０のセル名、接続対象のポート１１の座標等、後述の処理に必要なデータが抽出されるものである。

次いで、ステップＳ１２で抽出されたデータのうち、各ポート１１に対する重み付けの指定の有無が判別され（ステップＳ１３）、判別結果に応じた処理が行われる。その結果、ポート１１に対する重み付けが指定されない場合は（ステップＳ１３：ＮＯ）、ステップＳ１４及びステップＳ１５を実行せずにステップＳ１６に移行し(第１のケース)、ポート１１に対する重み付けが指定されている場合は（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、ステップＳ１４に移行する（第２のケース）。

まず、ポート１１に対する重み付けが指定されずにステップＳ１６に移行する第１のケースについて説明する。図３は、ステップＳ１２で抽出されるデータ例としての第１のデータテーブルであり、各セル１０に同一のトランジスタサイズ（ゲート幅）が設定されている場合を示している。図３に示す第１のデータテーブルは、計算の対象となるセル１０のセル名と、そのセル１０に付随するポート１１のポート名、ポート座標、ポート１１の入力／出力の区別、ポート１１に対する重み付けの有無を含んでいる。セル名及びポート名は、図２のレイアウトと一致している。なお、ポート座標のうちＸ座標は後述の計算に用いられないが、便宜上、セル１０の各列の位置に対応してＸ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４と表記している。また、ポート座標のうちＹ座標は、図２の左端に表示される値に対応する。図３の例では、全てのポート１１が入力ポート、かつ対応するセル１０が同一のトランジスタサイズであるため、重み付けは指定されていない。

なお、ポート１１の重み付けの指定の有無は、レイアウトシステムにおいて選択的に定めることができる。すなわち、レイアウトシステムのユーザは、重要度が低い信号配線に対してポート１１の重み付けを指定しないことを選択することができる。また、ポート１１の重み付けを信号配線に接続される出力ポートに対して定義し、入力ポートであるポート１１には重み付けが指定されないようにしてもよい。また、トランジスタサイズに応じた重み付けが指定される場合、各セル１０のトランジスタサイズが同一であって、結果的に各ポート１１の重み付けが同一になるケースもある。

そして、各ポート１１のＹ座標の平均値が算出される（ステップＳ１６）。図３の第１のデータテーブルの場合を例にとると、ポート数が５であるから、各ポート１１のＹ座標値を用いて以下の計算式により平均値ＹＡ１が求められる。

ＹＡ１＝（１００＋３０＋９０＋１００＋０）／５
＝６４

次に、ステップＳ１６の算出結果に基づき、最適な配線位置が決定される（ステップＳ１７）。具体的には、Ｘ方向に延びる信号配線のＹ座標として、ステップＳ１６で算出された平均値ＹＡ１が設定される。ここで、図２のレイアウトに対応して、平均値ＹＡ１をＹ座標とする位置に信号配線Ｓを配置したレイアウトを図４に示している。図４においては、Ｘ方向に延びる信号配線ＳがＹ＝６４の位置に配置されていることがわかる。一方、本実施形態との対比のため、従来の手法を用いて求めた位置に配置された信号配線Ｓ’を示している。従来の手法によれば、５個のポート１１のＹ座標のうち、最大値１００と最小値０の平均である５０がＹ座標として決定される。

図４においては、信号配線Ｓと各ポート１１を接続するために、Ｙ方向に延びる複数の引き込み配線Ｄを点線にて示している。これらの引き込み配線Ｄは、ステップＳ１７の結果を受けて、その後の処理によりレイアウトされるものである。この場合、５個のポート１１に対する５本の引き込み配線Ｄの総配線長Ｌは、各ポート１１のＹ座標から信号配線Ｓまでの距離がそれぞれ、３６、３４、２６、３６、６４となるので、
Ｌ＝３６＋３４＋２６＋３６＋６４
＝１９６
と計算することができる。これに対し、従来の手法を用いた場合は、各ポート１１のＹ座標から信号配線Ｓ’までの距離がそれぞれ、５０、２０、４０、５０、５０となるので、その総配線長Ｌ’は、
Ｌ’＝５０＋２０＋４０＋５０＋５０
＝２１０
と計算することができる。

以上のように、本実施形態の第１のケースによれば、従来の手法と比べて、多様に分布するポート１１と信号配線Ｓとの接続に必要な配線長を平均的に短縮することができる。図４を参照すると、本実施形態の手法により決定された信号配線Ｓは、従来の手法により決定された配置よりも、Ｙの増加方向にシフトしていることがわかる。すなわち、Ｙの小さい側には２個のポート１１が存在するのに対し、Ｙの大きい側には３個のポート１１が存在するので、相対的に多くのポート１１が分布する側に信号配線Ｓ１が接近する配置となる。

なお、図４において、Ｘ方向に延びる信号配線Ｓは幹線に相当するとともに、各ポート１１と信号配線Ｓを接続するためのＹ方向に延びる引き込み配線Ｄは支線に相当する。一般に、所定の信号を伝送する信号配線のうちの幹線は、多数の支線を介して多数のポート１１に接続されるので、信号の伝送特性を確保するための最適な位置決めを行うことが重要となる。本実施形態の手法に基づき幹線としての信号配線Ｓの最適な位置決めを行うことにより、支線としての引き込み配線Ｄの容量成分や抵抗成分の影響が小さく抑えられ、信号の伝送特性が向上する。

次に、ポート１１に対する重み付けが指定されてステップＳ１４に移行する第２のケースについて説明する。図５は、ステップＳ１２で抽出されるデータ例としての第２のデータテーブルであり、各セル１０に異なるトランジスタサイズが設定され、それに応じた重み付けが指定されている場合を示している。図５に示す第２のデータテーブルは、計算の対象となるセル１０のセル名と、そのセル１０に付随するポート１１のポート名、ポート座標、ポート１１の入力／出力の区別については、図３の第１のデータテーブルと同様の項目である。

一方、第２のデータテーブルに示されるように、ポート１１に対する重み付けが指定され、重み付けされたポート１１ごとに、対応するセル１０内のトランジスタサイズが抽出される（ステップＳ１４）。図５の例では、５個のポート１１のうち、３個のポート１１については重み付けが指定されず図３と同様であるが、他の２個のポート１１については重み付けが指定されている。この場合、セル名ＢＬＫ２に対応するセル１０はトランジスタサイズＷ＝１０が設定され、セル名ＢＬＫ５に対応するセル１０はトランジスタサイズＷ＝１００が設定されている。また、セル名ＢＬＫ５に対応するセル１０に付随するポート１１のみが出力ポートとなっている。

さらに、第２のデータテーブルに示すように、重み付けが指定された各ポート１１について、ステップＳ１４で抽出されたトランジスタサイズに対応する重み付け倍率が設定される（ステップＳ１５）。図５の例では、セル名ＢＬＫ２のセル１０に付随するポート１１は重み付け倍率が２倍に設定され、セル名ＢＬＫ５のセル１０に付随するポート１１は重み付け倍率が１０倍に設定されている。なお、各ポート１１の重み付けの倍率はトランジスタサイズ連動して増減されるが、図５の関係に限られず所望の特性に応じて適宜に倍率を設定することができる。

次に、ステップＳ１５の設定に基づいて、各ポート１１のＹ座標の平均値が算出される（ステップＳ１６）。具体的には、重み付けが指定されたポート１１については、重み付け倍率に応じた個数が存在するものと仮定される。第２のデータテーブルの場合は、本来のポート数は５であるが、セル名ＢＬＫ２のセル１０に付随する２個のポート１１が存在すると仮定され、セル名ＢＬＫ５のセル１０に付随する１０個のポート１１が存在すると仮定される。その結果、各ポート１１のＹ座標の平均値ＹＡ２は、以下の計算式により求められる。

ＹＡ２＝（１００＋３０×２＋９０＋１００＋０×１０）／（３＋２＋１０）
＝２３．４

以上のように、本実施形態の第２のケースによれば、各々のポート１１に対して重み付けを設定することで、トランジスタサイズが大きいセル１０に付随するポート１１の側に信号配線Ｓを接近させることができる。図６において、各ポート１１と信号配線Ｓを接続するための引き込み配線Ｄ（点線）を比較すると、重み付けが設定された２個のポート１１の配線長は、他のポート１１に比べて短くなっていることがわかる。これにより、トランジスタサイズが大きいセル１０のポート１１については、容量成分や抵抗成分の影響を軽減可能なレイアウトを実現することができる。

次に、ステップＳ１６の算出結果に基づき、最適な配線位置が決定される（ステップＳ１７）。上述の平均値ＹＡ１を用いた第１のケースと同様、Ｘ方向に延びる信号配線のＹ座標として、ステップＳ１６で算出された平均値ＹＡ２が設定される。ここで、図２にレイアウトに対応して、平均値ＹＡ２をＹ座標とする位置に信号配線Ｓを配置したレイアウトを図６に示している。図６においては、Ｘ方向に延びる信号配線ＳがＹ＝２３．４の位置に配置されていることがわかる。図４と同様、従来の手法に基づく信号配線Ｓ’がＹ＝５０の位置に配置されているが、図４とは逆に、平均値ＹＡ２に基づく信号配線Ｓは、Ｙの減少方向にシフトしていることがわかる。

なお、第２のケースにおいては、セル１０のトランジスタサイズに対応して重み付け倍率が設定される場合を説明したが、トランジスタサイズに限らず、重み付けの設定に用いる重み付け情報は自在に選択することができる。例えば、トランジスタのゲート容量やオン抵抗を重み付け情報としてもよい。なお、これらのトランジスタのゲート容量やオン抵抗は、トランジスタのゲート幅及びゲート長から算出することができる。また、トランジスタのゲート酸化膜厚を考慮することで、高い精度のゲート容量を算出することができる。さらに、トランジスタのゲート容量、オン抵抗により求めた引き込み配線Ｄの容量値・抵抗値を重み付け情報としてもよい。なお、トランジスタのパラメータ等を用いることなく、所定のセル名及び信号名を選択して重み付け情報を直接指定できるようにしてもよい。

次に、ステップＳ１７で決定された配線位置に対して補足的に行う処理について説明する。まず、ステップＳ１７で決定された配線位置のＹ座標に対する丸め処理が行われる（ステップＳ１８)。すなわち、半導体集積回路の全体のレイアウトにおいては、上記の信号配線Ｓを含む多数の信号配線を配置する場合、各信号配線相互の位置関係として所定の配線ピッチが定められている。よって、ステップＳ１７で決定された配線位置に対し、他の信号配線と所定の配線ピッチを確保するための丸め処理が必要になる。例えば、このような丸め処理をステップＳ１７で得られたＹ２３．４に適用すると、その値は増加方向又は減少方向に若干修正されることになる。

次に、ステップＳ１８の丸め処理に基づく信号配線Ｓが他の信号配線と同位置に重なるか否かが判断され、重なる状態を回避する処理が行われる（ステップＳ１９）。Ｘ方向に延びる多数の信号配線がある場合は、上述のステップＳ１７の結果、配線位置が重なる可能性が生じるが、そのような場合に信号配線同士で優先順位を考慮して重なりを回避する必要がある。例えば、上述の第２のケースの場合、重なり合う信号配線について、接続対象のポート１１の重み付け倍率の合計値を求め、その大小比較で信号配線同士の優先順位を決定してもよい。これにより、重み付け倍率の合計値が大きい場合は最適な配線位置が維持される一方、重み付け倍率の合計値が小さい場合は、配線ピッチに応じて配線位置が移動されることになる。このような優先順位の決定は、最終的な信号配線同士の重なりが回避される状態になるまで繰り返される。

以上、本実施形態に基づいて本発明について具体的に説明したが、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことができる。例えば、本実施形態においてはＸ方向に延びる信号配線の最適な位置を決定する場合を説明したが、Ｘ方向に限らず、レイアウト中の任意の方向に延びる信号配線に対して最適な位置を決定する場合であっても、本発明を広く適用することができる。

本実施形態の自動配線方法を適用した処理を説明するフローチャートである。 図１のステップＳ１１のレイアウトデータに対応する配置例を示す図である。 図１のステップＳ１２で抽出されるデータ例としての第１のデータテーブルを示す図である。 図２のレイアウトに対応して、平均値ＹＡ１をＹ座標とする位置に信号配線Ｓを配置したレイアウトを示す図である。 図１のステップＳ１２で抽出されるデータ例としての第２のデータテーブルを示す図である。 図２のレイアウトに対応して、平均値ＹＡ２をＹ座標とする位置に信号配線Ｓを配置したレイアウトを示す図である。 従来の自動配線方法を適用した処理を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０…セル
１１…ポート
Ｓ…信号配線
Ｄ…引き込み配線
ＹＡ１…第１のケースにおける各ポートのＹ座標の平均値
ＹＡ２…第２のケースにおける各ポートのＹ座標の平均値

Claims (7)

1. 半導体集積回路の回路素子に対応する複数のセルが配置されたレイアウトデータに基づき配線位置を決定する半導体集積回路の自動配線方法であって、
   第１の方向に延びる所定の信号配線を配置する際、前記複数のセルにそれぞれ含まれる接続端子のうち前記信号配線への接続対象として選択された全ての前記接続端子について前記第１の方向と直交する第２の方向の座標を抽出し、前記抽出された座標の平均値を算出し、前記平均値に基づき前記所定の信号配線の前記第２の方向の位置を決定する、ことを特徴とする半導体集積回路の自動配線方法。
2. 半導体集積回路の回路素子に対応する複数のセルが配置されたレイアウトデータに基づき配線位置を決定する半導体集積回路の自動配線方法であって、
   第１の方向に延びる所定の信号配線を配置する際、前記複数のセルにそれぞれ含まれる接続端子のうち前記信号配線への接続対象として選択された全ての前記接続端子について前記第１の方向と直交する第２の方向の座標を抽出し、前記接続端子に重み付けが指定されている場合は、前記重み付けに応じて前記抽出された座標の平均値を算出し、前記平均値に基づき前記所定の信号配線の前記第２の方向の位置を決定する、ことを特徴とする半導体集積回路の自動配線方法。
3. 前記重み付けの指定に対応して前記平均値を算出する際の倍率が設定され、接続対象の前記接続端子は前記倍率に対応する個数があるとして前記平均値の算出が行われることを特徴とする請求項２に記載の半導体集積回路の自動配線方法。
4. 前記重み付けの指定に対応する前記倍率は、対象となる前記接続端子を有する前記セルのトランジスタサイズに基づいて設定されることを特徴とする請求項３に記載の半導体集積回路の自動配線方法。
5. 前記信号配線と前記接続対象の各接続端子は、前記第２の方向に延びる引き込み配線により接続されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の自動配線方法。
6. コンピュータに、請求項１から請求項５のいずれかに記載の半導体集積回路の自動配線方法を実行させるためのプログラム。
7. 請求項６に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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