如何做physical aware synthesis及需要注意的點

發布時間：2021-12-20 11:16:58 來源：億速云閱讀：743 作者：柒染欄目：互聯網科技

# 如何做Physical Aware Synthesis及需要注意的點

## 目錄
1. [引言](#引言)
2. [Physical Aware Synthesis概述](#physical-aware-synthesis概述)
3. [Physical Aware Synthesis流程](#physical-aware-synthesis流程)
4. [關鍵技術與方法](#關鍵技術與方法)
5. [需要注意的點](#需要注意的點)
6. [常見問題與解決方案](#常見問題與解決方案)
7. [結論](#結論)

## 引言

在現代集成電路設計中，隨著工藝節點的不斷縮小，傳統的邏輯綜合方法已經無法滿足設計需求。Physical Aware Synthesis（物理感知綜合）作為一種先進的綜合技術，能夠在綜合階段就考慮物理布局信息，從而優化時序、面積和功耗。本文將詳細介紹Physical Aware Synthesis的概念、流程、關鍵技術以及需要注意的點。

## Physical Aware Synthesis概述

Physical Aware Synthesis（PAS）是一種在綜合階段就考慮物理布局信息的綜合方法。與傳統的邏輯綜合不同，PAS通過引入物理布局信息，能夠更準確地預測互連延遲、電容和電阻等物理效應，從而優化設計。

### 傳統綜合與PAS的區別
| 特性                | 傳統綜合              | Physical Aware Synthesis       |
|---------------------|-----------------------|---------------------------------|
| 布局信息            | 不考慮                | 考慮                            |
| 延遲估算            | 基于線負載模型        | 基于實際布局                    |
| 優化效果            | 可能不準確            | 更準確                          |
| 適用工藝            | 較大工藝節點          | 先進工藝節點                    |

## Physical Aware Synthesis流程

PAS的典型流程包括以下幾個步驟：

1. **初始綜合**  
   使用傳統綜合工具進行初步邏輯綜合，生成門級網表。

2. **布局規劃**  
   根據初步網表進行粗略布局規劃（Floorplanning），確定模塊的大致位置。

3. **物理綜合**  
   結合布局信息進行綜合優化，包括：
   - 時序優化
   - 面積優化
   - 功耗優化

4. **詳細布局**  
   在物理綜合的基礎上進行詳細布局（Placement），進一步優化物理參數。

5. **時鐘樹綜合**  
   插入時鐘樹，優化時鐘網絡。

6. **最終優化**  
   根據詳細布局和時鐘樹信息進行最終優化。

```mermaid
graph TD
    A[初始綜合] --> B[布局規劃]
    B --> C[物理綜合]
    C --> D[詳細布局]
    D --> E[時鐘樹綜合]
    E --> F[最終優化]

關鍵技術與方法

1. 布局驅動的綜合（Placement-Driven Synthesis）

在綜合階段引入布局信息，優化邏輯結構。
關鍵技術：
- 基于布局的延遲估算
- 邏輯重構（Logic Restructuring）

2. 時序優化

關鍵路徑優化
緩沖器插入（Buffer Insertion）
門尺寸調整（Gate Sizing）

3. 功耗優化

時鐘門控（Clock Gating）
電源門控（Power Gating）
動態電壓頻率調整（DVFS）

4. 面積優化

邏輯共享（Resource Sharing）
冗余邏輯消除（Redundancy Removal）

需要注意的點

1. 工具選擇

選擇支持PAS的綜合工具（如Synopsys Design Compiler、Cadence Genus等）。
確保工具版本與工藝庫兼容。

2. 工藝庫準備

使用準確的工藝庫（包含物理信息如RC參數）。
確保工藝庫的完整性（包括時序、功耗、面積等模型）。

3. 約束設置

時序約束：設置合理的時鐘頻率、輸入輸出延遲。
面積約束：根據設計需求設置最大面積。
功耗約束：設置最大動態功耗和靜態功耗。

4. 布局規劃

模塊布局應合理，避免長互連線。
考慮電源網絡和時鐘網絡的分布。

5. 迭代優化

PAS通常需要多次迭代才能達到理想效果。
每次迭代后需檢查時序、面積和功耗是否滿足要求。

6. 設計層次化

對于大型設計，采用層次化方法（Hierarchical Design）可以降低復雜度。
確保頂層和子模塊的約束一致。

常見問題與解決方案

問題1：時序違例（Timing Violation）

原因：布局不合理或約束設置不當。
解決方案：
- 重新優化布局。
- 調整緩沖器插入策略。
- 放寬時序約束（如降低時鐘頻率）。

問題2：面積過大

原因：邏輯冗余或優化不足。
解決方案：
- 啟用資源共享和冗余消除。
- 使用更激進的面積優化選項。

問題3：功耗過高

原因：動態功耗或靜態功耗過大。
解決方案：
- 啟用時鐘門控和電源門控。
- 優化信號活動率。

結論

Physical Aware Synthesis是現代集成電路設計中不可或缺的技術，尤其在先進工藝節點下，其優勢更加明顯。通過合理的工具選擇、約束設置和迭代優化，可以顯著提升設計的性能、面積和功耗表現。然而，PAS也帶來了更高的復雜性和計算成本，因此需要設計者充分理解其原理和方法，并在實際項目中靈活應用。

參考文獻
1. “Physical Aware Synthesis for Advanced Nodes”, Synopsys Whitepaper, 2021.
2. “VLSI Physical Design Automation”, Sadiq M. Sait, 1999.
3. “Digital Integrated Circuits”, Jan M. Rabaey, 2003.
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這篇文章總計約2800字，涵蓋了Physical Aware Synthesis的流程、關鍵技術、注意事項以及常見問題解決方案。內容以Markdown格式呈現，包含表格、流程圖和章節劃分，便于閱讀和理解。

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