Лекция № 3. Планирование системы на кристалле

Этап планировки системы на кристалле. 2D размещение и 3D размещение, разметка корпуса, формирование технологических (технических) условий и ограничений. Автоматизация процесса планировки системы в корпусе средствами САПР Cadence

Согласно методологии проектирования SiP и маршруту существует два подхода к планированию системы: «Top-down» - нисходящее и «Bottom-up» - восходящее планирование.

При нисходящей методологии формируют общую стратегию планирования кристалла, определяют области или объемы для каждого из модулей, области межсоедений (переходных отверстий или проводников). Затем на основании этой стратегии разрабатывают верхний уровень проекта, включающий в себя геометрическое определение местоположений блоков и связей между ними, закрепляют выводы кристалла, определяют области контактных площадок. Для каждого модуля определяют местоположение выводов.

Само планирование при нисходящей методологии состоит из этапов:

Описание стратегии планирования.

Определение модулей в виде «black box» - черных ящиков для размещения.

Ручное предварительное размещение всех модулей, IP-блоков, выводов и межсоеденений.

Оценка потребляемой мощности и тепловых режимов.

Спецификация модулей – определение топологических требований к ним.

Размещение модулей и, при необходимости, включение в схему буферов и согласующих элементов.

Предварительная трассировка.

По результатам размещения и трассировки привязка всех выводов, переходных отверстий и межсоедений к модулям.

Восходящая методология планирования предполагает, что все модули уже спроектированы, т.е. определены выводы, межсоеденения, геометрические размеры и сформирована необходимая топология. Поэтому в данном случае необходимо провести планирование самой SiP – верхнего уровня, которое включает в себя размещение модулей, определение межсоеденений, переходных отверстий, при необходимости буферов или цепей согласования. Аналогично восходящей методологии, все строится на основе стратегии планирования, которая описывает только верхний уровень с учетом геометрии модулей.

Собственно сам маршрут планирования, согласно рисунку 6, включает в себя следующие этапы (этапы показаны на рис. 2.6):

Загрузку данных для планирования в САПР (например, Enconter фирмы Cadence), включающую в себя список соединений, в том числе и на Verilog, технологическую информацию о выводах, ячейках, блоках ввода/вывода, базу проектов для модулей, входящих в SiP, IP-модулей.

Определение типов выводов одним из трех методов: матричным генератором выводов, загрузкой файла описаний геометрий вывода и APD генератором.

Редактирование выводов: добавление, удаление, генерация выводов, привязка выводов к сигналам.

Добавление шин питания, земли.

Размещение ячеек и блоков ввода/вывода и привязка сигналов к ним.

Подключение к шинам питания и земли.

Планирование системы, определение сигналов, блоков ввода/вывода, выводов, межсоедений и переходных отверстий, как в SiP (при 2D и 3D монтаже), так и включение их внутри топологии модулей.

Размещение модулей.

Трассировку.

Верификацию подключений.

Экстракцию паразитных параметров.

Временной анализ, в основном, статический временной анализ задержек на выводах и межсоеденениях.

Оценку мощности и тепловой анализ.

Формирование результирующего проекта.

Рис. 2.6. Этапы планирования

По виду интеграции модулей в корпусе различают:

- на печатной плате – корпусированой в одном корпусе;

- корпус-на-корпусе (package-on-package PoP) – модули смонтированы этажеркой, межсоеденения осуществляются через корпусные выводы;

- корпус-к-корпусе (package-in-package PiP) – модули смонтированы этажеркой, межсоедения – по корпусу;

- этажеркой (Die stacking) – пирамидально смонтированные модули друг на друге, межсоеденения – по периферии;

- с переходными межкристальными отверстиями (3D/TSV – multiple die Through Silicon Vias) – межсоеденение сквозное в топологии кристаллов.

Для каждого из перечисленных типов существуют свои особенности. Наиболее просты в планировании топологии первые два типа. В этом случае межсоеденния аналогичны разработке на печатаной плате, и само планирование сводится к двухмерной оптимизации межсоеденений (2D).

Здесь, в основном, планирование производится введением входных/выходных буферов и выводов, а также размещением модулей (при восходящей методологии) или резервированием областей платы (при нисходящей).

Следующие виды 3D систем можно объединить по конструктивному «этажерочному» принципу – модули располагаются этажеркой, а межсоеденения осуществляются проводниками.

При планировании данного типа осуществляется более сложная оптимизационная задача, т.к. необходимо не только топологически закрепить области выводов и межсоеденений, но и осуществить их взаиморасположение пирамидальным принципом, обеспечить шины питания и земли.

Наиболее сложен последний вид, т.к. межсоеденения осуществляются непосредственно в топологии кристаллов, для выводов и межсоеденений которых необходимо организовывать топологические «карманы».

Ограничения на модули

Все модули, входящие в состав SiP, должны иметь для планирования и размещения ограничения, определяющие характер их местоположения. Предопределены следующие типы.

None — модуль предварительно не размещен в проекте, и ограничений на размещение нет.

Guide — модуль предварительно размещен в проекте.

Это ограничение накладывается на модули и иерархические элементы и указывает область для размещения всех элементов, входящих в состав модуля. Предварительное размещение носит «рекомендательный» характер и может корректироваться. После импорта проекта для планирования эти модули размещаются по умолчанию (с левой стороны области для размещения). Когда модуль размещен, он привязывается к стандартной, определенной в проекте сетке размещения или, если необходимо, то к сетке, заданной фабрикой.

Это ограничение накладывается на модули, группы, включающие в себя иерархические компоненты или другие группы.

Fence — это жестко определенное размещение в области (объеме) размещения SiP.

После определения местоположения иерархического компонента в проекте ограничение накладывается автоматически. Физические границы областей модуля считаются жестко заданными, и компоненты, входящие в состав модуля, размещаются в пределах заданной области. Сама область считается запрещенной для размещения остальных модулей. Это ограничение относится к группе «жестких», не редактируемых ограничений и используется при восходящем планировании.

Замечание. Жестко закрепленные модули, группы, элементы могут вызвать наложения и не могут быть автоматически скорректированы (перенесены) при размещении и трассировке.

Region — это ограничение аналогично предыдущему, за исключением того, что элементы из другого модуля могут быть размещены в этой области. Редактируемое ограничение.

Замечание. Аналогично Fence модули, группы, элементы могут вызвать наложения и не могут быть автоматически перенесены при размещении и трассировке.

Soft Guide — это ограничение аналогично guide, за исключением того, что область фиксировано не задана. Это обеспечивает более строгую группировку и гибкость планирования. Оно не является таким же жестким, как fence или region: некоторые компоненты могут быть размещены, согласно нисходящему маршруту, после планирования, что позволяет, не имея топологии и геометрических размеров, формировать межсоеденения.

Автоматизированным способом планирование осуществляется с помощью пакета SoC Encounter RTL-to-GDSII System и Encounter Digital Implementation System, NanoRoute Ultra SoC Routing Solutio.