JP4652242B2

JP4652242B2 - 半導体集積回路のセル配置方法

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Publication number: JP4652242B2
Application number: JP2006012692A
Authority: JP
Inventors: 克幸伊藤; 浩徳岩元
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2026-01-20
Also published as: JP2007193671A; US8230381B2; US20100218154A1; US7735040B2; US20070186201A1

Description

本発明は、半導体集積回路におけるセル配置プログラムに関し、特に、回路ディレイ制約を満足する配置結果を少ない指示情報で短期間に得るセル配置プログラムに関する。

従来から、半導体集積回路のセル配置方法において、ディレイを考慮した配置処理が重要視されている。特にデータの流れを持つ論理(以下、データパスと呼ぶ)におけるセルの配置制御方法としては、特開２０００−２５０９６４号公報（特許文献１）等に記載された技術が知られている。この従来技術では、各々のセルに対して相対的位置関係の情報を予め与えておくことによって、まずセルを同一の並び情報をキーとしてグループ化し、同一グループのセルを指示された順番に仮配置を行う。その後、前記仮配置したセルを縦方向または横方向に移動して、セルを整列することによって配線長を短くすることにより、ディレイ制約を満たすものである。

特開２０００−２５０９６４号公報

上記の特許文献１で述べたセル配置方法は、対象となる全てのセルに対して相対的位置関係の情報を予め与えることが必要であること及び、仮配置の結果を見て、セルの相対位置情報を修正する作業を何回か繰り返し行う必要があるため、手間がかかり、要求する配置結果を得るまでに時間がかかる。

本発明の目的は、上記課題を解決するために、配置するセルに予め位置関係情報を与えるなどの作業無しに、先にある特定の種類のセルだけをデータの流れを考慮しつつ配置し、その後残りのセルを特定の種類のセルとの関係を考慮して配置することで、ディレイ制約を満足する配置結果を少ない指示情報で短期間に得ることである。

本発明によれば、半導体集積回路のレイアウト設計でのセル配置方法において、特にデータの流れを持つ論理に対して、外部から指定可能な特定のセルに対し、それらの特定のセル(以下、優先セルと呼ぶ)を外部から指定した配置領域幅を満たすように先に配置した後、残りのセルを一般的な配置アルゴリズムを用いて配置することにより達成できる。

本発明によれば、データパス等の論理において、予め与えられる少ない指示情報に基づいて回路ディレイ制約を満足する配置結果を短時間で得ることができる。

以下に、図を用いて実施例を詳細に説明する。

以下では、本実施例における各情報、各処理の詳細について図１および図２を基に説明する。

図１は本発明の処理フローを表した図である。フロアプラン情報１０５は対象となる論理回路のフロアプランを格納したデータである。論理ファイル１０６は対象となる論理回路のブロックおよびセル間の論理的な接続、また信号名等を格納したデータファイルである。優先セル情報１０７は処理対象の論理の中でキーとなるセルの集合を指定する情報である。ライブラリ１０８はセルの形状、ピン位置、セル遅延時間等を格納した情報である。制御パラメータ１０９は、優先セルを配置する配置領域の限界幅の情報である。セル配置情報１１０は、配置済みセルの配置位置の情報である。フロアプラン情報１０５、論理ファイル１０６、優先セル指定情報１０７、ライブラリ１０８、制御パラメータ１０９、セル配置情報１１０は、データ入力処理部１０１に入力される。優先セル配置部１０２は、優先セル情報１０７を用いて優先セルを配置する。
セル配置部１０３は優先セル以外のセルを従来の一般的なセル配置方法を用いて配置する。データ出力処理部１０４は、処理結果としてセル配置情報１１０を出力、更新する。

図２は本発明の処理フローを表した図である。
まずステップ２０１はデータの入力を行い、優先セル情報、一般セル情報、優先セルを配置する配置領域限界幅を設定する。また、データの流れを論理ファイル１０６から読み取って、セルの配置順序を決定する。
次にステップ２０２で配置済み領域幅を０に初期化する。
その後、ステップ２０３で配置対象のセル幅を求める。
そして、ステップ２０４で配置対象セルの配置目標位置と、配置対象セルの配置X方向を決定する。
ステップ２０５で配置済み領域幅と配置対象のセル幅の合計が、前記配置領域限界幅より大きいかどうかの比較を行い、大きければステップ２０６で配置目標位置をＹ方向にずらし、配置X方向を反転する。小さければステップ２１０を行う。
決定した配置目標位置にセルを配置できるかどうかをステップ２０７で判定を行い、配置可能であればステップ２０８の処理を行い、配置が出来なければステップ２０９を行う。
ステップ２０８で配置済み領域幅を０に初期化する。
ステップ２０９では、配置目標のY方向をずらしてもセルの配置が行えないので、配置の選択肢が存在する優先セルまでバックトレースをしながら配置したセルを引き剥がす。そして、配置の選択肢があるセルの次の優先セルに対して、ステップ２０３から処理を行う。
選択肢の有無は、例えば後述の通り、処理でアクセスする記憶領域に図１４におけるセル情報テーブル１４０１を格納し、配置対象次セル番号を逆に辿り、接続セル番号のフィールドを参照することで判定できる。
ステップ２１０で決定した配置目標位置にセルを配置できるかどうかを判定し、配置できなければステップ２０６を行う。また、配置できればステップ２１１を行う。
ステップ２１１で配置目標位置にセルを配置する。
その後、ステップ２１２で配置済み領域幅に配置対象セル幅を加算する。
そして、ステップ２１３で配置目標位置を配置対象セル幅分だけＸ方向にずらす。
ステップ２０３からステップ２１３までの処理は、配置されていない優先セルがある間繰り返される。
この判断をステップ２１４で行う。
優先セルの配置後、ステップ２１５で他セルの配置を、一般的な配置アルゴリズムを用いて行う。なお、ここで言う一般的な配置アルゴリズムは、例えば、文献「装置設計と実装」丸善、平成８年３月３０日発行、ｐ．１５４−１５８に記載されているミニカット法あるいはクラスタリング法などである。
これらの処理を行った後、ステップ２１６でデータの出力を行う。

以下、図３ないし図７を用いて、本発明を詳細に説明する。
図３は、本発明による半導体集積回路のセル配置方法を適用する論理セルを示す図である。例題とする論理セルは、配置済み論理セル３０１と優先配置セル３０３、３０４、３０５、３０６、３０７、３０８、３０９、３１０がある。ステップ２０１で読み取ったデータの流れを考慮した配置を行うために、優先配置セルの配置は３０３に隣接して３０４を、３０４に隣接して３０５を、３０５に隣接して３０６を、３０６に隣接して３０７を、３０７に隣接して３０８を、３０８に隣接して３０９を、３０９に隣接して３１０を隣接する必要がある。また、３０２は、制御パラメータで指定した配置領域限界幅である。

図４は、セル３０３を例として、図２の処理フローを用いて、本発明の配置対象セルを配置する際の配置目標位置決定と配置処理と配置目標位置の移動について説明する図である。ステップ２０２において配線済み領域幅を０とする。そして、ステップ２０３においてセル３０３のセル幅を抽出する。次に、ステップ２０４において、優先セル情報１０７とセル配置情報１１０とから入力された情報を参照して、最初の配置目標が、例えば配置済み論理セル３０１の右側と設定されると、配置目標は位置４０１となり、目標の配置Ｘ方向は右となる。そして、ステップ２０５でセル３０３のセル幅と配置済み領域幅の合計と配置領域限界幅とを比較する。ここでは、配置領域限界幅３０２よりも、セル幅と配置済み領域幅の方が小さいのでステップ２１０に行く。ステップ２１０において優先配置セル３０３を配置目標位置４０１に隣接するような位置４０２に配置する。その後、ステップ２１２において配線済み領域幅に対し、配置目標位置に配置したセル３０３の幅を加算する。次に、ステップ２１３において配置目標位置のＸ座標をずらし、新たな配置目標位置４０３を生成する。
同様な処理を優先配置セル３０４ないし３０５におこない、優先配置セル３０４を図５の配置位置５０１に、優先セル３０５を配置位置５０２に配置する。

図６は、セル３０６を例として、図２の処理フローを用いて、本発明の配置対象セルを配置する際に配置領域限界幅を超えるときの動作について説明する図である。図３の優先配置セル３０３、３０４、３０５は配置され、優先配置セル３０６を配置するために、配置目標位置を決定し、ステップ２０５を用いてセル幅と配置済み領域幅の合計値と配置領域限界幅とを比較するが、配置済み領域幅と配置対象セル幅が配置領域限界幅を超える。したがって、ステップ２０６で配置目標位置のＹ方向をずらし、配置Ｘ方向を反転させる。次にずらした配置目標位置にセル３０６を配置することが可能かどうかを判定する。ここでは、セル３０６を配置することが可能であるのでステップ２０８に行く。そして、ステップ２０８において配置済み領域幅を０にする。その後、ステップ２１１においてセル３０６を配置目標位置に配置する。

図７は、図４ないし図６の処理を行うことで、本発明の優先配置対象セルの配置をすべて行った図である。図３の優先配置セル３０７は、優先配置セル３０６に隣接して配置することができる位置７０１に配置した。図３の優先配置セル３０８は、配置領域限界を超えるため、配置目標位置をＹ方向にずらし、位置７０２に配置した。セル３０９、３１０はそれぞれ、位置７０３と位置７０４に配置することができ、優先配置対象セルすべてを配置したことになる。
このようにして全ての優先セルを配置し終えた後、優先セル以外のセルを配置する。ここでの配置方法は、一般的に知られた配置手法を用いればよい。

以下、図８ないし図１０を用いて、本発明の一実施例を説明する。

図８は、本発明による半導体集積回路のセル配置方法を適用する論理セルを示す図である。例題とする論理セルは、配置済み論理セル８０１と８０２と、優先配置セル８０４、８０５、８０６、８０７、８０８、８０９、８１０、８１１がある。データの流れを考慮した配置を行うためには、優先配置セルの配置は８０４に隣接して８０５を、８０５に隣接して８０６を、８０６に隣接して８０７を、８０７に隣接して８０８を、８０８に隣接して８０９を、８０９に隣接して８１０を、８１０に隣接して８１１を隣接する必要がある。また、８０３は、制御パラメータで指定した配置領域限界幅である。

図９は、図２の処理フローを用いて、本発明による半導体集積回路のセル配置方法で障害物をよけつつ配置を行うことを説明する図である。優先セル８０４は既に配置され、優先セル８０５を優先セル８０４の右、つまり位置９０１に配置しようとしている。ステップ２０５においてセル８０５のセル幅と配置済み領域幅との合計と、配置領域限界幅とを比較する。ここでは、配置領域限界幅８０３の方が小さいので、ステップ２１０に行く。次にステップ２１０において優先セル８０５を配置目標位置に配置可能かどうかを判定する。ここでは、配置済みセル８０２が障害物となっているため配置することができないため、ステップ２０６に行く。ステップ２０６で配置目標のＹ方向をずらし、配置Ｘ方向を反転させる。次にステップ２０７においてずらした配置目標位置９０２にセル８０５を配置することが可能かどうかを判定する。ここでは、セル８０５を配置することが可能であるのでステップ２０８に行く。そして、ステップ２０８において配置済み領域幅を０にする。その後、ステップ２１１においてセル８０５を配置目標位置９０２に配置する。

図１０は、図２の処理フローを用いて、本発明の優先配置対象セルの配置をすべて行った図である。図８の優先配置セル８０７は、優先配置済みセル１００１の左側に配置しようとするが、配置領域限界を超えるため、配置目標位置をＹ方向にずらし、位置１００２に配置した。優先セル８０８は位置１００３に配置することができ、優先セル８０９は、配置領域限界を超えるために位置１００３の右には配置できないため、配置目標位置をＹ方向にずらし、位置１００４に配置した。以下、同様に優先セル１００５と１００６を配置することができ、優先配置対象セルすべてを配置したことになる。

以下、図１１ないし図１３を用いて、本発明の一実施例を説明する。

図１１は、本発明による半導体集積回路のセル配置方法を適用する論理セルを示す図である。例題とする論理セルは、配置済み論理セル１１０１と、障害物１１０２と、優先配置セル１１０４、１１０５、１１０６、１１０７、１１０８、１１０９、１１１０、１１１１がある。データの流れを考慮した配置を行うためには、優先配置セルの配置は１１０４に隣接して１１０５を、１１０５に隣接して１１０６を、１１０６に隣接して１１０７を、１１０７に隣接して１１０８を、１１０８に隣接して１１０９を、１１０９に隣接して１１１０を、１１１０に隣接して１１１１を隣接する必要がある。また、１１０３は、制御パラメータで指定した配置領域限界幅である。

図１２は、図２の処理フローを用いて、本発明による半導体集積回路のセル配置方法で障害物があって優先セルが隣接できない際に、適切な配置が可能なことを説明する図である。優先セル１１０４、１１０５、１１０６、１１０７は既に位置１２０１、１２０２、１２０３、１２０４に配置されている。ステップ２０５においてセル１１０８のセル幅と配置済み領域幅との合計と、配置領域限界幅とを比較する。ここでは、配置領域限界幅１１０３の方が小さいので、ステップ２１０に行く。次にステップ２１０において優先セル１１０８を配置目標位置に配置可能かどうかを判定する。ここでは、障害物１１０２のため位置１２０５にしか配置することができないため、ステップ２０６に行く。ステップ２０６を行うことによって配置目標位置が１２０５の位置になる。そして、ステップ２０７において配置目標位置１２０５に配置可能かどうかを判定する。ここでは、障害物１１０２のため配置することが出来ないので、ステップ２０９に行く。ステップ２０９では、配置した優先セルに対し、セルを配置する選択肢がある１２０２まで、つまり位置１２０４、１２０３、１２０２に配置している優先セル１１０７、１１０６、１１０５を引き剥がす。

図１３は、図１２において、引き剥がしを行なった後、再度配置処理を行なった図である。すなわち、ステップ２０３に行き、引き剥がした優先セル１１０５に対して、残っている選択肢である位置１３０１に配置を行う。その後、優先セル１１０６を位置１３０２に、優先セル１１０７を位置１３０３に配置する。その後、実施例１と同様に優先セル１１０８、１１０９、１１１０、１１１１を位置１３０４、１３０５、１３０６、１３０７に配置することで、障害物があるときであっても、データの流れを考慮した配置を行うことが可能となる。

図１４は、本発明による半導体集積回路のセル配置方法で作成する情報管理方法について説明する図である。図１のデータ入力処理部１０１において、論理ファイル１０６とライブラリ１０８と、セル配置情報１１０から、セル情報テーブル１４０１のセル名称と、セル幅と、セル高と、配置済セルであれば座標＿Ｘと座標＿Yを設定する。また、図１の優先セル情報１０７から、優先セル情報テーブル１４０２と、セル情報テーブル１４０１の配置対象次セル情報を作成する。優先セル情報テーブル１４０２は、配置目標となるセルである配置目標セル番号と、配置対象セルを順序付けて保存するための配置対象セル先頭番号と、配置領域限界幅を格納している。優先セル配置部１０２およびセル配置部１０３で配置が行われたセルに対しては、配置済／未配置情報と配置座標情報と接続セル番号をセル情報テーブル１４０１に格納する。ひとつの配置目標セルに複数の優先配置対象セルを順序づけて配置する際は、セル情報テーブル１４０１の配置対象次セル番号を順にたどっていくことで行える。また、セル情報テーブル１４０１の接続セル番号は、優先セル同士および優先セルと配置目標となるセルがどのように隣接しているかと探索済みであるかの情報を保存している情報である。本例では番号１のｃｅｌｌ１が配置目標であり、目標の配置Ｘ方向は右となっている。接続セル番号のフィールドにおける記号「−」は未探索な方向であることを示す。同、記号「×」は、既配置のセルが存在するか、ステップ２０９で該当位置のセルが引き剥がされたか、フロアプラン情報１０５に配置不能な領域として定義されているか、ステップ２０５で参照される記憶領域に格納された配置領域限界に抵触するかの何れかの場合であることを示す。

図１５は、図１４に示すセル情報テーブル１４０１および優先セル情報テーブル１４０２で格納されているデータの一部を図にしたものである。配置目標セル１５０１と優先セル１５０２ないし１５０５は配置済みとなっており、順にセル情報テーブル１４０１のＣｅｌｌ１ないしＣｅｌｌ５をあらわしている。また、配置禁止領域１５０６がある。
配置目標セル１５０１は、セル情報テーブル１４０１の番号１と優先セル情報テーブル１４０２の番号１に格納されており、優先セル情報テーブル１４０２の番号１からセル情報テーブル１４０１をたどることができる。そして、配置目標セル１５０１に対する配置対象セルは、配置順の先頭セルに対して、セル情報テーブル１４０１の配置対象セル先頭番号を格納しており、優先セル１５０２をたどることができる。さらに、配置目標セルに対する配置対象セルの抽出は、優先セル情報テーブル１４０２配置対象セル先頭番号から、セル情報テーブル１４０１の配置対象次セル番号をたどることによって行え、優先セル１５０２ないし１５０５を抽出することができる。そして、接続セル番号は、優先セルの配置処理が行われた時点で情報が追加され、未探索方向、配置不可方向、隣接しているセル番号を格納しており、優先セル１５０２と１５０３の右方向、優先セル１５０４と１５０５の左側は配置不可の方向を付与している。また、セル１５０１とセル１５０２、１５０２と１５０３、１５０３と１５０４、１５０４と１５０５は接続しているので、それぞれ接続方向に応じてセル番号を付与している。

本発明の一実施例にかかわる半導体集積回路のセル配置システムの構成図である。半導体集積回路のセル配置システムにおける処理手順の一実施例を示すフロー図である。本発明の一実施例にかかわるセルおよび配置条件を表す図である。優先セルを配置した状態を表す図である。優先セルを配置した状態を表す図である。優先セルを配置した状態を表す図である。優先セルを配置した状態を表す図である。優先セルを配置した状態を表す図である。優先セルを配置した状態を表す図である。優先セルを配置した状態を表す図である。優先セルを配置した状態を表す図である。優先セルを配置した状態を表す図である。優先セルを配置した状態を表す図である。本発明の情報の管理方法を表す図である。優先セルを配置した状態を表す図である。

符号の説明

１０１…データ入力処理部、１０２…優先セル配置部、１０３…セル配置部、１０４…データ出力処理部、１０５…フロアプラン情報、１０６…論理ファイル、１０７…優先セル情報、１０８…ライブラリ、１０９…制御パラメータ、１１０…セル配置情報。

Claims

半導体集積回路のレイアウト設計を実行するセル配置方法において、
データ入力処理部が、
論理回路を含む前記半導体集積回路のフロアプランと、前記フロアプランに基づいて、予め配置が決定されている配置済みセルおよびセル配置禁止領域と、前記論理回路におけるデータの流れを考慮してその順序が決定された複数のセルの中から選択された前記配置済みセルを除く一群のセルであって、前記論理回路の回路性能を律則する優先セルと、前記配置済みセルおよび前記優先セルを除く一般セルと、前記優先セルの配置範囲を決定するセル配置限界幅とを含む情報を入力し、
優先セル配置部が、
前記優先セルを配置しようとする方向に既に配置されている配置済みセルの配置位置、またはセル配置禁止領域の大きさ及び位置を抽出し、
前記セル配置限界幅で決定される配置領域内に前記優先セルを、第１のアルゴリズムを用いて配置し、
セル配置部が、
前記優先セル配置完了後に、前記一般セルを、第２のアルゴリズムを用いて配置し、
データ出力処理部が、
前記優先セルおよび前記一般セルそれぞれの配置結果を出力し、
前記第１のアルゴリズムは、前記優先セル配置部が、ある配置済みセルの第１のＸ方向のセル端座標を配置目標位置として設定し、
前記配置目標位置を基準に第１のＸ方向に対象となる優先セルを配置し、前記対象となる優先セルの次に配置されるべき優先セルを前記対象となる優先セルの第１のＸ方向に連接する配置操作を実行し、前記配置操作を繰り返すごとに、既に配置された優先セルの各セル幅の合計により決定される優先セル端座標と前記セル配置限界幅により決定される配置領域限界幅座標との大小比較を実行し、
前記優先セル端座標が前記配置領域限界幅座標を超えた場合、
最後に配置した優先セルを、既に配列された優先セル配置列に対してＹ方向に１セル列をずらし、前記配置領域限界幅座標を起点として、その方向が前記第１のＸ方向とは逆方向である第２のＸ方向に対象となる優先セルを配置し、前記対象となる優先セルの次に配置されるべき優先セルを前記対象となる優先セルの第２のＸ方向に連接する配置操作を実行し、前記配置操作を順次繰り返し、
前記第２のアルゴリズムは、前記セル配置部が、前記一般セルが配置された領域の面積が稠密になるようにコンパクションを行う半導体集積回路のレイアウト設計を実行するセル配置方法。
前記優先セル配置部は、
前記配置領域限界幅座標に到達する以前に前記配置済みセルの配置位置に到達した場合、
最後に配置した優先セルを、既に配列された優先セル配置列に対してＹ方向に１セル列をずらし、前記配置済みセルの配置位置を起点として、その方向が前記第１のＸ方向とは逆方向である第２のＸ方向に対象となる優先セルを配置し、前記対象となる優先セルの次に配置されるべき優先セルを前記対象となる優先セルの第２のＸ方向に連接する配置操作を実行し、前記配置操作を順次繰り返すことを特徴とする請求項１に記載のセル配置方法。
前記優先セル配置部は、
前記基準となる配置済みセルに到達する以前に、別の配置済みセル、または前記セル配置禁止領域に到達した場合、
セル配置が可能な選択肢を複数有する優先セルと前記配置領域限界幅座標との間に既に配置された優先セルであって前記セル配置が可能な選択肢を複数有する優先セル以降に配置した優先セルを引き剥がし、さらに既に配列された優先セル配置列に対してＹ方向に１セル列をずらし、前記選択肢を有する優先セルを起点として、その方向が前記第１のＸ方向とは逆方向である第２のＸ方向に対象となる優先セルを配置し、前記対象となる優先セルの次に配置されるべき優先セルを前記対象となる優先セルの第２のＸ方向に連接する配置操作を実行し、前記配置操作を順次繰り返すことを特徴とする請求項１に記載のセル配置方法。
前記優先セル配置部は、
前記第２のＸ方向に順次配置を繰返し、前記優先セルのセル端座標が前記起点となる配置済みセルの座標位置に達するまたは越える場合は、最後に配置した優先セルを、既に配列された優先セル配置列に対してＹ方向に１セル列をずらし、前記対象となる優先セルの次に配置されるべき優先セルの配置を前記第１のＸ方向に配置する操作を実行し、前記配置操作を順次繰り返すことを特徴とする請求項１乃至３に記載のセル配置方法。
半導体集積回路のレイアウト設計を実行するセル配置方法において、
優先セル配置部が、
優先セルの配置が完了したか否かを判断し、
前記判断処理において完了したと判断した場合、セル配置部が、一般セルの配置を実行し、
データ出力処理部が、
前記優先セルおよび前記一般セルそれぞれの配置結果を出力するセル配置方法であって、
前記入力処理部が、
セル配置情報と、優先セル情報とを入力し、
前記優先セル配置部が、
前記セル配置情報および優先セル情報に基づき、配置セル幅と、配置領域限界幅と、配置済み領域幅とを抽出し、
前記配置済み領域幅をゼロと設定し、
配置対象セル幅を抽出し、
前記セル配置情報および優先セル情報に基づき、対象とするセルの配置目標位置と配置Ｘ方向を算出し、
前記配置対象セル幅と前記配置済み領域幅を加えた値が、前記配置領域限界幅よりも大きいか否かを比較し、
前記比較処理の結果が大きい場合、
前記配置目標位置をＹ方向にずらし、優先セル配置の方向をＸ方向に反転し、前記配置目標に前記優先セルが配置可能か判断し、前記配置が可能な場合は、前記配置済み領域幅をゼロに設定し、前記配置が可能でない場合は、配置の選択肢を有する優先セルまでバックトレースを行いながら既に配置した優先セルの引き剥しを実行し、
前記比較処理の結果が大きくない場合、
前記配置目標に前記優先セルが配置可能か判断し、前記配置が可能な場合は、前記配置済み領域幅に前記配置対象セル幅を加算し、配置目標位置をＸ方向にずらし、前記配置が可能でない場合は、前記比較処理の結果が大きい場合の処理を実行するセル配置方法。