2.4. Маршруты проектирования бис
Под маршрутом проектирования БИС понимается последовательность проектных процедур, которые необходимо выполнить при разработке конкретной схемы, начиная от технического задания и кончая получением информации для программно-управляемого технологического и измерительного оборудования, предназначенного для изготовления фотошаблонов или непосредственно БИС на пластине и контроля параметров готовых БИС. Конечно, такое определение не отражает степень автоматизации работ в цикле проектирования БИС.
Применительно к проектированию БИС с помощью САПР можно ввести понятие маршрута проектирования БИС, под которым будем понимать любой согласованный между собой набор программ из ППП для различных этапов, обеспечивающий проектирование данной конкретной схемы по всему циклу, — от получения технического задания на схему до изготовления промежуточных или рабочих фотошаблонов. В зависимости от особенностей конкретных БИС понятие маршрута проектирования может быть введено и для набора программ в пределах одного ППП. Маршрут проектирования определяет разработчик БИС, так как процесс проектирования в значительной мере является творческим и динамичным (т. е. постоянно изменяется в связи с появлением новых конструктивно-технологических методов изготовления и требований к функциям и параметрам БИС).
Имея ППП для решения задач на различных этапах проектирования и пользуясь введенным определением маршрута проектирования, можно формировать маршруты, обеспечивающие высокое качество проектирования в приемлемые сроки. Для удобства формирования, эксплуатации и пополнения ППП приняты единые рекомендации по подготовке материалов для ППО, по подготовке и оформлению тестовых программ, вариантов и исходных данных к ним, а также дополнения, сопровождающие представленные программы.
Например, маршрут для расчета параметров компонентов формируется на основании следующих положений:
• состав ППП в конкретном маршруте проектирования определяется разработчиком в зависимости от требований к параметрам рассчитываемого компонента и наличия технологического процесса его изготовления;
• в полном маршруте проектирования должны быть программы, обеспечивающие решение задач моделирования, оптимизации и статистического анализа заданного компонента ИС;
• суммарное машинное время, затрачиваемое на расчет компонента, в значительной степени зависит от схемы объединения программ и порядка их функционирования, а также от правильного выбора математической модели компонента и экономичности используемых в программах численных методов.
Разнообразие технических требований к БИС, технологических процессов их изготовления, методик проектирования привело к большому разнообразию маршрутов проектирования БИС. Рассмотрим некоторые из них.
2.4.1. Автоматизация проектирования полузаказных бис
В целом проектирование полузаказных БИС зависит от возможностей заказчика и изготовителя БИС. Возрастание сложности проектов БИС и самих ЭВМ почти исключает возможность использования традиционных методов для их проектирования. Наибольшее распространение получила концепция базового матричного кристалла (БМК), когда при разработке БИС используется специальная заготовка — базовый кристалл (БК), представляющий собой матрицу ячеек нескоммутированных транзисторов или базовых логических и аналоговых элементов. При матричном методе сначала создается базовый матричный кристалл (БМК) в виде матриц из N строк и М столбцов (/V и М — числа в диапазоне 5...103) ЛЭ и более сложных структур. На каждом наборе реализуется серия библиотечных элементов, которая проходит полную аттестацию по всем параметрам (электрическим, конструкторским и т. д.), и затем проектируется
логическая схема БИС в базисе библиотечных элементов. Для реализации проекта необходимо разработать индивидуальную систему межсоединений этих транзисторов, т. е. достаточно спроектировать и изготовить только фотошаблоны для переменных слоев коммутации. Изготовленную таким образом полузаказную БИС называют матричной (МаБИС). Маршрут проектирования МаБИС приведен на рис. 2.2, а.
Маршрут проектирования матричных БИС состоит из четырех основных этапов: 1) разработка принципиальной логической (электрической) схемы МаБИС; 2) разработка топологии переменных слоев МаБИС; 3) контроль проекта МаБИС; 4) разработка технической документации — программ тестовой проверки работоспособности МаБИС и управляющих программ для изготовления фотошаблонов.
Разработка принципиальной электрической схемы осуществляется с помощью подсистемы функционально-логического моделирования. Разработчик (схемотехник) сначала рисует эскиз принципиальной логической (электрической) схемы, затем описывает ее на входном языке. Описание является одним из разделов задания для моделирования БИС на ЭВМ. Другие разделы задания содержат информацию о воздействиях, при которых должно осуществляться моделирование, описание внешних выводов МаБИС, контрольных точек для распечатки временных диаграмм и т. п. Текст задания проходит синтаксический и семантический контроль с выдачей диагностических сообщений об ошибках. После исправления всех ошибок в исходном описании начинается процесс моделирования МаБИС. Разработчик контролирует правильность функционирования проекта по распечаткам временных диаграмм в контрольных точках. При обнаружении ошибок проводится доработка схемы и, следовательно, исправление текста ее описания. Этап функционально-логического моделирования завершается, когда при всех входных воздействиях на выходах схемы получаются требуемые сигналы (реакции на воздействия). Таким образом, смоделированный текст описания схемы становится эталонным, а система воздействий и реакций — исходной информацией для программ топологического проектирования.
Этап разработки переменных слоев топологии может быть реализован тремя способами — путем традиционного проектирования с последующей машинной обработкой, автоматизированного проектирования с последующей доразводкой и путем автоматического синтеза. При традиционном проектировании инженер в соответствии с чертежом электрической схемы разрабатывает эскиз топологии МаБИС. Затем эскиз кодируется, информация обрабатывается и передается на этап контроля. Параллельно с проведением контроля на графопостроителе получают прорисовку топологии МаБИС. Список ошибок, получаемых на этапе контроля, локализуют на прорисовке, определяют пути их исправления и проводят коррекцию проекта с помощью графических средств. Процесс коррекции и контроля продолжается итерационно до исправления всех ошибок. В настоящее время этот метод не используется и его описание приведено для получения полного представления исторических аспектов решения рассматриваемой проблемы. При автоматизированном проектировании или автоматическом синтезе переменных слоев топологии МаБИС исходной информацией является эталонный текст описания принципиальной электрической схемы. В первом случае проектировщик может вмешиваться в процесс размещения элементов на поле базового кристалла, а трассировка осуществляется автоматически. Если некоторое число связей оказалось неразведенным, то необходимо либо изменить вручную размещение элементов и повторить процедуру трассировки, либо передать информацию о топологии на доразводку, которая проводится с помощью графических средств.
При автоматическом синтезе достигается полная реализация топологии проекта в автоматическом режиме и поэтому отпадает необходимость в проведении контроля. Так как этот процесс может быть реализован при том же информационном обеспечении, что и логическое моделирование, то появляется возможность аттестовать работоспособность проекта МаБИС с учетом его топологической реализации. Для этого с помощью специальной программы-экстрактора по топологии восстанавливается электрическая схема МаБИС с учетом ЯС-структур, моделирующих межсоединения. Эти структуры преобразуются в элементы задержки, которыми доопределяется исходная электрическая схема. Затем при тех же воздействиях проводится повторное моделирование схемы. Таким образом, удается аттестовать работоспособность проекта МаБИС до этапа изготовления, что невозможно при других способах проектирования топологии.
Выбор маршрута топологического проектирования определяется числом элементов и числом выводов элементов. Наиболее распространенным критерием оценки качества полученной топологии является критерий максимума плотности заполнения базового кристалла, равный отношению числа элементов МаБИС к числу ячеек (посадочных мест) кристалла. При плотности заполнения 90... 100% применяют традиционное проектирование, при плотности 80...90% — автоматизированное, а при плотности менее 80% — автоматический синтез. Соответственно меняются сроки разработки топологии. На этапе контроля происходит сравнение исходной и восстановленной принципиальных схем, а также контролируется соблюдение конструкторских и технологических правил и норм проектирования. Подсистема контроля реализуется на высокопроизводительных ЭВМ. При подготовке технической документации проводится компиляция магнитных лент с информацией о тестах для контрольно-измерительного оборудования и с программами управления электронно-лучевыми или оптическими генераторами изображения.
Основное достоинство метода состоит в высокой скорости проектирования благодаря минимизации числа фотошаблонов, необходимых для реализации заданной функции БИС (по существу, нужны лишь шаблоны металлизации для проведения внутрисхемных соединений).