М. Каншин, И. Лопаненко

    В статье "Физическая верификация СБИС: новый век новые проблемы" (Chip News, ноябрь, #9, 1999), рассматривающей проблемы физической верификации в наступающую эру нанометровых проектов, отмечалось, что одной из наиболее актуальных проблем является взрывной характер роста информации, которую система верификации должна суметь "переработать". И здесь на первый план выступает задача разработки высокопроизводительных систем, обладающих экстремально высоким быстродействием и способных работать с огромными объемами данных. В предлагаемой читателю статье представляется отечественная система верификации, показывающая феноменальные характеристики по быcтродействию даже на такой далеко не скоростной платформе, как ПК с Windows 95/98. Может быть именно эта система станет отправной точкой для создания систем физической верификации нового поколения?

    Система ОТ_ТО система верификации топологии интегральных схем эффективное средство отладки топологических проектов любой степени сложности и любой технологии изготовления насчитывает уже более 10 лет своей истории. Этот "отладчик топологии" (от первых двух букв слов этого термина и происходит название системы ОТ_ТО) поможет пользователю быстро и легко найти все ошибки в топологии проектируемой схемы (нарушения проектных норм, ошибки реализации электрической схемы) и получить безошибочный проект.

    В состав Системы ОТ_ТО (в январе 2000-го года выходит ее новая версия 4.3) входят следующие основные функциональные блоки:

• импорт описания топологии и электрической схемы;
• контроль геометрических проектных норм;
• экстракция электрической схемы из описания топологии;
• сравнение восстановленной и исходной электрических схем;
• визуализатор топологии и графической диагностики;
• менеджер системы верификации.

    Программа контроля проектных норм позволяет провести широкий спектр проверок (включая антенные правила) и найти их нарушения в проверяемой топологии. Исправив их, пользователь получает топологию, корректную с точки зрения используемой технологии изготовления. Программа экстракции схемы позволяет выделить из описания топологии электрическую схему. Сравнив эту схему с исходной с помощью программы сравнения, пользователь находит отличия топологической реализации схемы от ее исходного эталона, и, внеся соответствующие изменения в топологию, добивается их эквивалентности. Графическая диагностика помогает ему максимально точно и быстро локализовать ошибки любых типов. Таким образом, работа программ контроля, экстракции и сравнения в едином маршруте позволяет получить полностью свободную от ошибок топологию проектируемой ИС.

    Программный менеджер, координирующий весь процесс верификации, является программной оболочкой, позволяющей выполнять все необходимые действия: установки режимов работы всех программ системы и их рабочих параметров; импорт описаний топологии и электрической схемы; запуск контроля, экстракции, сравнения; интерактивный анализ найденных ошибок и несоответствий. С "внешним миром" система связана набором трансляторов от широко распространенных и являющихся стандартами форматов описания электрической схемы (Spice, EDIF и др.) и топологии (GDS2, CIF, SOU, GRU, LDB и др.).

    К основным особенностям и достоинствам Системы ОТ_ТО можно отнести следующие:

• экстремально высокая производительность;
• отсутствие жестких ограничений на размерность проекта (количество приборов, плотность и размеры топологии);
• настройка на любые технологии изготовления;
• простота и удобство языка описания технологических файлов;
• не-манхэттановская топология (допускаются наклонные с углами, кратными 45 градусам);
• широкий набор проверяемых правил КТО (включая антенные правила);
• верификация параметров приборов;
• обработка параллельных и последовательных приборов;
• быстрый и удобный доступ к информации о сравниваемых схемах и к результатам сравнения;
• текстовая и графическая диагностика;
• высокая степень локализации ошибок;
• интерактивный анализ диагностики в графической форме;
• возможность экстракции паразитных параметров (узловые емкости, емкости взаимопересечений узлов);
• возможность экстракции схемы на уровне логических моделей.

    Система ОТ_ТО обладает широкой областью применения, что обусловлено следующими факторами. Она не ограничена технологией изготовления проектируемой ИС, так как легко настраивается на любую из них за счет использования языка описания проектных норм для программы контроля и описания топологических конструкций приборов, определения слоев коммутации, контактов для программы экстракции. Систему ОТ_ТО можно использовать с одинаковым успехом для верификации топологии различных типов КМОП, биполярных, биКМОП и других ИС. Она не ограничена технологией проектирования и может одинаково успешно использоваться и для полностью заказных ИС, и для полузаказных (БМК, вентильные матрицы). Обладая широким набором трансляторов от внешних форматов данных, Система ОТ_ТО может быть легко встроена в любой маршрут проектирования. Она не лимитирована ресурсами компьютера. С одной стороны, обладая очень невысокими требованиями к ресурсам компьютера, Система ОТ_ТО может быть с успехом использована для верификации проектов малой и средней степени сложности (от 1 до 1 000 000 транзисторов) на недорогих ПК с ограниченными ресурсами. С другой стороны, установленная на более мощных вычислительных платформах, она может эффективно использоваться для верификации проектов высокой степени интеграции, так как не ограничена размерностью проекта. Сочетание высоких производительностей программных средств Системы ОТ_ТО и вычислительной платформы позволяет проводить верификацию топологических проектов сложностью до 10 млн. транзисторов и более.

    Достоинства системы хорошо видны на примере финишного этапа верификации двух реальных фрагментов БИС, выполненной по MOSIS-технологии с 3-мя металлами. Один из фрагментов содержит более 200 000 транзисторов (SMALL), а второй около 2 000 000 транзисторов (MIDDLE). Исходные данные: описание электрической схемы в SPICE-формате, описание топологии в формате GDSII. Полученные результаты представлены в таблице.

Таблица

    Весь цикл верификации включал в себя импорт исходных данных, сборку описания электрической схемы для сравнения (раскрытие иерархии), экстракцию из топологии описания реализованной в ней электрической схемы, сравнение ее с исходной и вывод диагностики об обнаруженных несоответствиях. Верификация проводилась в смешанном базисе элементарных приборов (транзисторы, емкости, резисторы) и логических элементов. Маркировка внешних выводов в описании топологии в обоих случаях не применялась, однако в процессе верификации вводились несколько точек начального соответствия.

    Работа велась на PC PentiumII/350, 128M RAM, UDMA 8,4G в операционной среде Windows 98. Такая конфигурация вполне достаточна для решения задач подобной размерности, хотя увеличение RAM до 256M, например, позволило бы сэкономить несколько минут при обработке фрагмента MIDDLE.

    Проверка антенных правил для фрагмента MIDDLE заняла менее часа, а цикл верификации в наиболее трудоемком режиме работы (проверка параметров приборов и создание графической базы данных) для фрагмента размерностью в 2 млн. транзисторов занял менее получаса (!) на компьютере с невысокой вычислительной мощностью. Чем обусловлено столь высокое быстродействие?

    Когда разрабатывались основные принципы и алгоритмы Системы ОТ_ТО и создавался ее первый прототип на VAX11/780 (1983-1984 гг.), потребности в применении системы верификации, в особенности для МОП-технологий, во много раз превышали имевшиеся ресурсы техники. Принятый в других системах верификации подход просто не позволил бы решить необходимые задачи. Поэтому был применен другой метод вместо разработки единой базы данных проекта и разнообразного набора утилит для работы с ним задача была разбита на отдельные подзадачи, выделены общие модули и разработаны системные соглашения для взаимодействия отдельных частей системы. Это позволило ускорить процесс разработки системы, снизить требования к вычислительным ресурсам, достичь высокого быстродействия и упростить процедуру модернизации системы доработкой или разработкой новых модулей.

    Таким образом, Система OT_TO сформировалась в виде набора программных модулей, предназначенных для поддержки решения различных аспектов задачи физической верификации, объединенных в систему общими данными и внутренними соглашениями по их использованию. Для удобства пользователя и повышения быстродействия многие функции верификации реализованы программно и их выбор осуществляется как при задании режима работы соответствующих модулей, так и при обработке файлов настройки на технологию процесса изготовления. Этих процессов не так уж много, и несколько вариантов технологических файлов описывают почти все их "многообразие", а различные нюансы легко учитываются простой модернизацией. Следует подчеркнуть, что по этим же причинам технологические файлы Системы OT_TO просты и легки для понимания.

    Особое внимание при разработке было уделено обеспечению именно высокой скорости верификации. Даже сейчас, до реализации механизма параллельного выполнения операций, скорость верификации у Системы ОТ_ТО в зависимости от технологии изготовления БИС и выбранного режима работы составляет 500025000 транзисторов в секунду на современных РС, в то время как этот показатель у других известных систем верификации, работающих на дорогих рабочих станциях, не превышает 1000 транзисторов в секунду.

    Простое описание всех использованных ноу-хау заняло бы слишком много места и выходит за рамки данной статьи. Но они привели к тому, что у Системы OT_TO: строго линейная зависимость времени работы от объема информации; высокая скорость обработки при однократном доступе к каждому участку топологии; при одинаковом объеме исходных данных существенное увеличение количества проверок приводит к незначительному росту времени работы; удобный иерархический подход задания точек соответствия при сравнении схем; необязятельность ввода точек соответствия и многое другое.

    Система ОТ_ТО, созданная первоначально по заказу и в соответствии с потребностями отечественных пользователей, требует минимальных затрат усилий на освоение и эффективна в эксплуатации. Она проверена более чем десятилетней практикой проектирования реальных БИС.

    Дальнейшее развитие системы направлено на решение актуальных задач глубоко-субмикронных технологий, на экстракцию паразитных параметров с учетом выходящих на передний план новых эффектов.

    Разработчики системы (http://www.iptelecom.net.ua/~otto, e-mail: m.kanshin@mtu-net.ru, iwl@otto.alex-ua.com) с готовностью примут участие в обсуждении проблем верификации современных нанометровых проектов и с удовольствием ответят на все вопросы заинтересованных лиц.

Тел. 323-9033