JPH09219454A

JPH09219454A - レイアウト設計装置

Info

Publication number: JPH09219454A
Application number: JP8022223A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Hagiwara; 隆裕萩原; Yoshio Ando; 佳生安藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-02-08
Filing date: 1996-02-08
Publication date: 1997-08-19

Abstract

(57)【要約】【課題】ゲートアレイのゲート使用率の向上に伴う配
線遅延の増大や配線不可能となる事態を回避し得るレイ
アウト設計装置を提供する。【解決手段】補助記憶部１０３が記憶するセルライブ
ラリには、各機能毎にパターン形状の異なる複数のマク
ロセルの情報を登録しておく。ＣＰＵ１０１は、ネット
情報に基づいてマクロセルの仮配置処理を行い、この仮
配置処理結果に基づいて配線難易度を評価し、配線難易
度が高い場合は、セルライブラリを基に配線難易度が低
くなるようマクロセルを置き換える再配置処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ゲートアレイの配
置・配線設計を行うレイアウト設計装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ゲートアレイのレイアウト（配置・配
線）は、予め用意されているマクロセルを配置し、それ
らを結線することで行われる。

【０００３】マクロセルは、複数個の基本ゲートを組み
合わせて論理和・論理積などの基本機能を実現するもの
である。

【０００４】基本ゲートは、図１４のパターン図及び図
１５の等価回路図に示す最小単位の基本セルに対し配線
することにより構成される。この基本ゲートには、図１
６に示すようにパワーインバータ，２入力ＮＡＮＤゲー
ト，２入力ＮＯＲゲート等がある。同図は基本ゲートの
等価回路図と基本セルの等価回路におけるセル内接続図
を示している。例えば、図１６のうちインバータを実際
にパターンに展開すると、図１７に示すようになる。こ
のインバータの基本ゲート１には、コンタクト，スルー
ホール２、１層メタル３、２層メタル４等の配線がされ
る。

【０００５】このような基本ゲートを７個組み合わせて
構成された縦長のマクロセル１０の一例を図１８を参照
して説明する。

【０００６】同図において、１１ａ，１１ｂ（斜線及び
黒塗り部分）は、マクロセル１０の入力，出力に接続さ
れるポイント（Ｐｉｎ）であり、１層，２層に形成され
る。１２は、マクロセル１０内のコンタクト及び配線が
存在するエリアを簡略化して表記したものであり、１層
に形成される。また、１３（斜線部分）は、Ｐｉｎ又は
配線であり、２層メタルで構成される。１４は、１層メ
タルで構成されるＰｉｎ又は配線である。

【０００７】このように図１８に示すマクロセル１０
は、２層メタルで構成されるＰｉｎ又はセル内配線が多
いため、マクロセル１０上を横方向に通過可能なマクロ
セル間接続（２層メタル）配線は、（イ），（ロ），
（ハ）のエリアのみとなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】近年、配線層の増加に
伴ってゲートアレイのゲート使用率も高くなってきてい
る。

【０００９】しかしながら、従来、マクロセルは、通常
例えば図１８に示すような１種類のパターン形状しか用
いられておらず、配線効率を考慮したパターン形状の選
択は行われてなかった。このため、マクロセルのパター
ン形状が問題となって配線効率が下がってしまうことが
ある。

【００１０】例えば、ゲートアレイのレイアウト初期工
程であるマクロセルの配線処理結果が、図１８に示すマ
クロセル１０が集中的に配置された図１９の状態とす
る。

【００１１】このマクロセル配置状態で、配線処理を行
えば、マクロセルＡ，Ｂ間を接続する配線において、マ
クロセルＣ内を横方向に通過可能な配線数を越えた配線
１５は、マクロセルＣやマクロセルＤ，Ｅを迂回して配
線されることになる。この状態は、横方向の配線リソー
スに余裕がないことを意味する。

【００１２】図１９のように、十数ゲート規模で構成さ
れた縦に細長い形状のマクロセル１０が集中配置された
場合、配線層によってはそのマクロセル１０を横切るこ
とができないため、多くの配線がマクロセル１０を迂回
しなければならなくなり、配線遅延の増大を招いてい
た。

【００１３】また、迂回する際の縦方向（１層メタル）
配線のエリアが、余分に必要となることから、極端な場
合、横方向のみならず縦方向の配線リソース不足によ
り、配線工程でショートを引き起こし、レイアウト不可
能なケースが生じるという問題があった。

【００１４】そこで、本発明は、上記の事情に鑑みてな
されたものであり、ゲートアレイのゲート使用率の向上
に伴う配線遅延の増大や配線不可能となる事態を回避し
得るレイアウト設計装置を提供することを目的とするも
のである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、ネット情報に基づいてゲートアレイの配置
・配線設計を行うレイアウト設計装置において、各機能
毎にパターン形状の異なる複数のマクロセルの情報が登
録されたセルライブラリを記憶する記憶手段と、ネット
情報に基づいてマクロセルの仮配置処理を行う仮配置手
段と、この仮配置処理結果を入力して配線難易度を評価
し、配線難易度が高い場合は、前記セルライブラリを基
に配線難易度が低くなるようマクロセルを置き換える再
配置処理を行う再配置手段とを有することを特徴とする
ものである。

【００１６】上記構成の本発明によれば、各機能毎にパ
ターン形状の異なる複数のマクロセルの情報をセルライ
ブラリに登録しているので、配線難易度が低くなるよう
マクロセルの置き換えが可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。

【００１８】図１は本発明の実施の一形態に係るレイア
ウト設計装置のブロック図である。

【００１９】このレイアウト設計装置１００は、本装置
１００全体を制御するＣＰＵ１０１を有し、このＣＰＵ
１０１に、主記憶部１０２、補助記憶部１０３、入力部
１０４、出力部１０５を各々接続している。

【００２０】主記憶部１０２は、自動配置・配線の各処
理における実行プログラムや入力データ等の一時記憶用
として使用されるものである。

【００２１】入力部１０４は、プログラムの起動や各種
パラメータの入力を行うものであり、ネットリスト等の
設計対象のネット情報が例えばＴＤＬ（ＴＥＧＡＳＤ
ｅｓｉｇｎＬａｎｇｕａｇｅ）言語で入力されるよう
になっている。

【００２２】出力部１０５は、例えばＣＲＴディスプレ
イ，プリンタ等を備え、入力部１０４による入力値や文
字の表示、配置・配線処理結果の表示及びそれらの印刷
等を行うものである。

【００２３】補助記憶部１０３は、ゲートアレイのマス
タサイズ、図１３のフローチャートに示すような自動配
置・配線プログラム、配置・配線結果等の記憶用として
使用されるものである。

【００２４】また、補助記憶部１０３は、各機能毎にパ
ターン形状の異なる複数のマクロセルの情報が登録され
たセルライブラリを記憶している。このマクロセルの情
報には、マクロセルの種類，識別名及びパターン形状等
がある。

【００２５】図２，図３及び図４は、このセルライブラ
リに登録されているマクロセルのパターン形状の一例を
示す図であり、同図は４つの基本セルから構成されるマ
クロセル２１，２２，２３，２４，２５を示している。

【００２６】図２に示すマクロセル２１は、縦方向，横
方向にできるだけ均一になるようなパターン形状を有す
るものであり、図３に示すマクロセル２２，２３は、そ
れぞれ縦方向及び横方向に細長いパターン形状を有する
ものであり、図４に示すマクロセル２４，２５は、図２
のマクロセル２１と図３のマクロセル２２，２３の中間
的なパターン形状を有するものである。

【００２７】このような各種のパターン形状は、次のよ
うに作ることができる。

【００２８】例えば、図５に示すように２つの基本セル
１，１を並列に配置したマクロセル２０Ａを「タイプ
Ａ」とする。このタイプＡをベースに図６に示すように
基本セル１，１を直列に配置し、セル内の配線、Ｐｉｎ
のレイアウトを変えたマクロセル２０Ｂを「タイプＢ」
とする。

【００２９】図２に示すマクロセル２１は、タイプＡの
マクロセル２０Ａを直列に配置するか、タイプＢのマク
ロセル２０Ｂを並列に配置することにより、図３のマク
ロセル２２は、タイプＢのマクロセル２０Ｂを直列に配
置することにより、図３のマクロセル２３は、タイプＡ
のマクロセル２０Ａを並列に配置することにより、図４
のマクロセル２４は、タイプＢのマクロセル２０Ｂを千
鳥に配置することにより、図４のマクロセル２５は、タ
イプＡのマクロセル２０Ａを千鳥に配置することにより
各々構成することができる。

【００３０】ＣＰＵ１０１は、補助記憶部１０３が記憶
する自動配置・配線プログラムに基づいてゲートアレイ
の配置処理及び配線処理を実行するものであり、配置処
理では、ネット情報に基づいてマクロセルの仮配置処理
を行い、この仮配置処理結果に基づいて配線難易度を評
価し、配線難易度が高い場合は、補助記憶部１０３が記
憶するセルライブラリを基に配線難易度が低くなるよう
マクロセルを置き換える再配置処理を行うものである。

【００３１】次に、本装置１００の動作を図７乃至図１
２を参照し、図１３のフローチャートに従って説明す
る。

【００３２】オペレータが入力部１０４を操作してプロ
グラムを起動し、設計対象のネット情報を入力すると、
ＣＰＵ１０１は、そのネット情報を主記憶部１０２に記
憶するとともに、補助記憶部１０３が記憶する自動配置
・配線プログラムに基づいて以下の処理を実行する。

【００３３】まず、ＣＰＵ１０１は、ネット情報に基づ
いて仮配置処理を行う（Ｓ１）。

【００３４】ここでは、各機能毎に任意の形状のマクロ
セルをディフォルトと設定し、マクロセルの自動配置を
実行し、例えば、図７に示すようマクロセル３０を仮配
置する。

【００３５】次に、ＣＰＵ１０１は、配線リソースを分
析する（Ｓ２）。

【００３６】すなわち、ＣＰＵ１０１は、図７に示すよ
うに、チップ全体に対して仮想線３１を格子状に設定
し、ネット情報に基づいてマクロセル３０間のネット３
２を直線で接続する。各仮想線３１とマクロセル３０間
のネット３２の交点３３の数を解析することで、仮想線
３１で囲まれた各エリア３４について縦方向及び横方向
の配線リソースが不足しているか否かを分析し、配線リ
ソースの評価を行う。リソース不足エリアが存在する場
合は、配線難易度が高いと判断する。なお、このような
評価手法は、自動配置配線ツールの持つ機能として一般
化されている。

【００３７】ここで、仮想線３１により区切られた図７
の斜線を施した任意のエリア（ブロック）３４を図８と
して考える。また、このエリア３４内に配置されたマク
ロセル３０をマクロセルＸとする。

【００３８】図８の仮想線（ニ）に対して交差する配線
は、エリア３４内に配置されたマクロセルＸに接続され
る配線３本と、エリア３４を横方向に通過すると推定さ
れる配線５本の合計８本であることをネット情報から分
析する。

【００３９】推定通過配線は、仮想線（ニ），（ホ）に
おいて、交差するネット名が同一であるものを抽出する
ことで、分析が可能である。

【００４０】このマクロセルＸは、図９のように、４つ
の基本セル（４ゲート）３０ａで構成され、内部の入出
力Ｐｉｎ３０ｂ及び２層メタル配線（又はコンタクト）
３０ｃが、同図のような構造となっていると仮定する。
また、このエリア３４内を横方向に（２層メタル）配線
可能な配線トラック３５の数が、１０トラックであると
する。

【００４１】ここで、エリア３４内において横方向に通
過しようとする配線（２層メタル）のリソースをメイン
として考える。

【００４２】マクロセルＸ内の２層メタル配線（又はコ
ンタクト）３０ｃ及び仮想線（ホ）を横切ってマクロセ
ルＸに接続されるＰｉｎ３０ｂは、配線通過障害と考
え、図９では、(3) ，(4) ，(6) の配線トラック３５
は、横方向通過配線のトラック３５として使用不可とす
る。

【００４３】また、仮想線（ニ）を横切ってマクロセル
Ｘに接続される配線３本が、(2) ，(5) ，(9) のトラッ
クを使用するとすれば、更に３トラックを使用不可とな
る。

【００４４】従って、本エリア３４内の６トラックが横
方向通過配線用として使用不可となり、推定通過配線５
本の使用トラックを考慮すれば、横方向に１１トラック
必要と考えられ、エリア３４内トラック数１０を越える
ため、１トラック不足となり、いずれか１本の配線がエ
リア３４外に迂回されると推定する。

【００４５】このような分析をチップ内全エリアに対し
て実施することにより、配線リソース不足のエリアと、
このエリア内のリソース不足トラック数を知ることが可
能となる。

【００４６】次に、分析結果に基づいてオペレータは、
入力部１０４を操作してパラメータ（設計制約）を入力
する（Ｓ３）。

【００４７】ここでは、エリアを通過するネット数に対
する引き回しを認めるネット数の割合をエリア毎に入力
する。また、特定のセルは最短で結ぶ等の接続情報もパ
ラメータとして入力する。

【００４８】ＣＰＵ１０１は、前記割合に基づいて配線
可能か否かを判定し（Ｓ４）、配線可能であれば、自動
配線プログラムにより配線処理を実行する（Ｓ５）。配
線不可能であれば、回数Ｎが所定回数Ｋ以下であること
を確認した後（Ｓ６）、次のように再配置処理を行う
（Ｓ７）。

【００４９】ＣＰＵ１０１は、リソース不足のエリア
と、このエリア内のリソース不足トラック数，仮配置さ
れたマクロセルの種類，識別名及びパターン形状が分か
るリストを抽出する。

【００５０】抽出したリストを基に、各マクロセルの種
類（機能）ごとに、同一機能で他にどのような形状のマ
クロセルが存在するかセルライブラリを基に調査する。

【００５１】各配線リソース不足エリアに対して、リソ
ース不足トラック数に合わせ、配線の通過が容易となる
パターン形状を有するマクロセルをセルライブラリから
選定する。

【００５２】自動配置・配線プログラムには、一旦配置
したマクロセルの配置位置を保ったまま、マクロセルの
種類の変更が可能な機能（ＥＣＯ：Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉ
ｎｇＣｈａｎｇｅＯｒｄｅｒ）を持つものがある。

【００５３】再配置処理は、このＥＣＯ機能により各配
線リソース不足のエリアに対して、前述にて選定したマ
クロセルへの形状変更（置き換え）を実行する。

【００５４】マクロセルの形状変更に伴い、置き換えら
れたマクロセル周辺でマクロセルのオーバーラップ（重
複配置）が発生した場合、配置配線ツールの持つ配置改
善機能により、オーバーラップ発生箇所の周辺マクロセ
ルを若干移動させ、オーバーラップを回避させる。

【００５５】例えば、配線リソース不足のエリアに対し
て、図９のようなマクロセルＸ（ＴＹＰＥ１）が仮配置
されたと仮定する。

【００５６】このマクロセルＸと同一機能で形状の異な
る図１０（ＴＹＰＥ２），図１１（ＴＹＰＥ３）に示す
ような他２種が、セルライブラリとして登録されていた
場合、これら３種のマクロセルが、配置されたことを想
定し、表１に示すような各項目に対する値を分析するこ
とから不足トラック数を算出する。なお、図１０，図１
１において○は通過可能トラック、×は通過不可能トラ
ックを示す。

【００５７】

【表１】

【００５８】ここで、表１においてＴＹＰＥ１が、初期
仮配置されたマクロセルとし、不足トラック数が１であ
り、ＴＹＰＥ２の配置時は、不足トラック数が０、ＴＹ
ＰＥ３は、配線トラックに１本余裕があることを示す。
置き換えるマクロセルの選択として、ＴＹＰＥ３を採用
すれば、初期仮配置時のマクロセル形状が縦長に対し
て、ＴＹＰＥ３は横長であり、極端に配置エリアに差が
発生するため、周辺のマクロセルとのオーバーラップが
発生し易いと考えられる。このため、配線リソース不足
が最小限回避可能となる形状のＴＹＰＥ２を、置き換え
るマクロセルとして自動選択する。

【００５９】再配置処理後、再度、前述の配線リソース
分析を行う（Ｓ８）。

【００６０】再度、配線可能か否かを判定する（Ｓ
４）。配線不可能な場合は、前記再配置処理（Ｓ７）及
び配線リソース分析（Ｓ８）を繰り返し、リソース不足
エリアが無くなった時点で、配線可能と判定する。

【００６１】但し、回数Ｎが所定回数Ｋを越えた場合は
（Ｓ６）、オペレータが入力部１０４を操作してパラメ
ータを変更する（Ｓ９）。

【００６２】再び、再配置処理（Ｓ７）及び配線リソー
ス分析（Ｓ８）を行い、配線可能となれば、配線処理を
行う（Ｓ５）。

【００６３】このような本装置１００によれば、図１８
に示すマクロセル１０が集中的に配置された図１９の状
態となっても、マクロセルＣを図１２に示すように異な
る形状のマクロセルを使用してレイアウトすることによ
り、図１９のように、マクロセルＡ，Ｂ間の配線をマク
ロセルＤ，Ｅを迂回することなく、図１２のように短い
配線１６で接続することが可能となり、横方向の配線リ
ソースが確保される。

【００６４】なお、上記説明では、回数Ｎが所定回数Ｋ
を越えた場合に、パラメータを変更することにしたが、
時間的制限を越えた場合に、パラメータを変更するよう
にしてもよい。

【００６５】

【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、大型のマ
クロセルが集中配置された場合でも、マクロセルを迂回
せずにより短い配線長で配線が可能となり、配線遅延の
増大を防ぐことが可能となる。

【００６６】また、従来の方法ならば横方向の配線リソ
ースが不足で配線ができない場合でも配線が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレイアウト設計装置のブロック図

【図２】本発明のパターン形状の異なるマクロセルの登
録例を示す図

【図３】本発明のパターン形状の異なるマクロセルの登
録例を示す図

【図４】本発明のパターン形状の異なるマクロセルの登
録例を示す図

【図５】本発明のパターン形状の作成方法を説明するた
めの図

【図６】本発明のパターン形状の作成方法を説明するた
めの図

【図７】本発明のレイアウト設計装置の動作を説明する
ための図

【図８】本発明のレイアウト設計装置の動作を説明する
ための図

【図９】本発明のレイアウト設計装置の動作を説明する
ための図

【図１０】本発明のレイアウト設計装置の動作を説明す
るための図

【図１１】本発明のレイアウト設計装置の動作を説明す
るための図

【図１２】本発明のレイアウト設計装置による配線処理
結果を示す図

【図１３】本発明のレイアウト設計装置の動作を示すフ
ローチャート

【図１４】基本セルのパターン図

【図１５】基本セルの等価回路図

【図１６】基本ゲートの等価回路図及びセル内接続図

【図１７】インバータのパターン図

【図１８】縦長のマクロセルの構造図

【図１９】従来の配線処理結果を示す図

【符号の説明】

２１，２２，２３，２４，２５マクロセル１００レイアウト設計装置１０１ＣＰＵ１０２主記憶部１０３補助記憶部１０４入力部１０５出力部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ネット情報に基づいてゲートアレイの配
置・配線設計を行うレイアウト設計装置において、各機能毎にパターン形状の異なる複数のマクロセルの情
報が登録されたセルライブラリを記憶する記憶手段と、ネット情報に基づいてマクロセルの仮配置処理を行う仮
配置手段と、この仮配置処理結果を入力して配線難易度を評価し、配
線難易度が高い場合は、前記セルライブラリを基に配線
難易度が低くなるようマクロセルを置き換える再配置処
理を行う再配置手段と、を有することを特徴とするレイアウト設計装置。
【請求項２】前記セルライブラリに登録されるパター
ン形状は、複数の基本セルの配置形態を異ならせたもの
であることを特徴とする請求項１記載のレイアウト設計
装置。
【請求項３】前記再配置手段によりマクロセルの置き
換えが行われた場合に、その置き換えられたマクロセル
周辺でマクロセルの重複配置が発生したか否かを判定
し、重複配置が発生した場合に、重複配置が発生した箇
所周辺のマクロセルの位置を修正して重複配置を回避す
る回避手段を有することを特徴とする請求項１記載のレ
イアウト設計装置。
【請求項４】前記再配置手段は、チップ上に仮想線を
格子状に設定し、マクロセル間のネットを直線で接続
し、仮想線とネットの交差数を解析することで、配線難
易度を評価することを特徴とする請求項１記載のレイア
ウト設計装置。
【請求項５】ネット情報に基づいてゲートアレイの配
置・配線設計を行うレイアウト設計装置において、各機能毎にパターン形状の異なる複数のマクロセルの情
報が登録されたセルライブラリを記憶する記憶手段と、ネット情報に基づいてマクロセルの仮配置処理を行う仮
配置手段と、この仮配置処理結果を入力するとともに、チップ上に仮
想線を格子状に設定し、この仮想線で囲まれたエリア毎
に配線リソース不足か否かを判定し、配線リソース不足
のエリアに対して配線リソース不足が解消するようマク
ロセルを置き換える再配置処理を行う再配置手段と、を有することを特徴とするレイアウト設計装置。
【請求項６】ネット情報に基づいてゲートアレイの配
置・配線設計を行うレイアウト設計装置において、各機能毎にパターン形状の異なる複数のマクロセルの情
報が登録されたセルライブラリを記憶する記憶手段と、所定のエリアを通過するネット数に対する引き回しを認
めるネット数の割合を入力する入力手段と、ネット情報に基づいてマクロセルの仮配置処理を行う仮
配置手段と、この仮配置処理結果を入力するとともに、チップ上に仮
想線を格子状に設定し、前記割合を考慮して前記仮想線
で囲まれたエリア毎に配線リソース不足か否かを判定
し、配線リソース不足のエリアに対して配線リソース不
足が解消するようマクロセルを置き換える再配置処理を
行う再配置手段と、を有することを特徴とするレイアウト設計装置。
【請求項７】前記再配置手段は、配線リソース不足が
最低限解消されるマクロセルに置き換えることを特徴と
する請求項６記載のレイアウト設計装置。
【請求項８】前記再配置手段は、配線リソース不足の
エリア内のマクロセルと同一の機能を有するマクロセル
を前記セルライブラリから検索し、この検索したマクロ
セルに順次置き換えた場合の不足トラック数を算出し、
不足トラック数が０となるマクロセルに最終的に置き換
えることを特徴とする請求項６記載のレイアウト設計装
置。
【請求項９】前記再配置手段は、再配置処理を所定制
限内で繰り返し行い、前記所定制限内で配線リソース不
足を解消できない場合は、前記割合の入力を求め、この
求めに応じて前記入力手段により入力された新たな割合
を考慮して再度再配置処理を行うことを特徴とする請求
項６記載のレイアウト設計装置。
【請求項１０】ネット情報に基づいてゲートアレイの
配置・配線設計を行うレイアウト設計装置において、各機能毎にパターン形状の異なる複数のマクロセルの情
報が登録されたセルライブラリを記憶する記憶手段と、所定のエリアを通過するネット数に対する引き回しを認
めるネット数の割合を入力する入力手段と、ネット情報に基づいてマクロセルの仮配置処理を行う仮
配置手段と、この仮配置処理結果を入力するとともに、チップ上に仮
想線を格子状に設定し、前記割合を考慮して前記仮想線
で囲まれたエリア毎に配線リソース不足か否かを判定
し、配線リソース不足のエリアに対して配線リソース不
足が解消するようマクロセルを置き換える再配置処理を
行うとともに、再配置処理を所定制限内で繰り返し行
い、前記所定制限内で配線リソース不足を解消できない
場合は、前記割合の入力を求め、この求めに応じて前記
入力手段により入力された新たな割合を考慮して再度再
配置処理を行う再配置手段と、この再配置手段によりマクロセルの置き換えが行われた
場合に、その置き換えられたマクロセル周辺でマクロセ
ルの重複配置が発生したか否かを判定し、重複配置が発
生した場合に、重複配置が発生した箇所周辺のマクロセ
ルの位置を修正して重複配置を回避する回避手段と、を有することを特徴とするレイアウト設計装置。