一种考虑非均匀轨道和障碍物的拓扑匹配总线布线方法技术

本发明专利技术涉及一种考虑非均匀轨道和障碍物的拓扑匹配总线布线方法，首先进行预处理，将非均匀轨道结构与障碍物统一起来；接着将拓扑考虑的单个总线布线作为一个不可分割的流问题，并将其集成到基于协商的全局布线中，以确定每个总线所需的布线区域；然后在步骤S2的指导下，将轨道分配到总线的各个部分，降低后续步骤中维护相同布线拓扑的难度；最后进行详细布线，以连接每个总线的各个部分。本发明专利技术采用工业界的测试例子对本发明专利技术所提出的算法进行测试，实验结果表明，本发明专利技术提出的算法可以快速地得到一个高质量的结果。

A Topological Matching Bus Routing Method Considering Nonuniform Orbits and Obstacles

【技术实现步骤摘要】
一种考虑非均匀轨道和障碍物的拓扑匹配总线布线方法
本专利技术涉及深度纳米布线
，特别是一种考虑非均匀轨道和障碍物的拓扑匹配总线布线方法。
技术介绍
随着先进技术节点进入深度纳米时代，总线布线变得非常具有挑战性，因为：(1)每个总线上的所有位都必须以相同的拓扑结构进行布线；(2)不均匀、复杂的布线轨道结构；(3)需要避开障碍物。特别是所有属于同一总线的位必须以相同的布线拓扑进行布线的这一约束，使得之前的布线器并不适用于当前拓扑匹配总线布线。以往的总线布线工作主要集中在印刷电路板(PCB)的设计上。例如，Tian等人考虑了总线布线中的延迟匹配约束，以满足多个时序要求。Yan等人.和Zhang等人处理了长度匹配总线布线，使得同一总线上所有网的网线长度都在指定范围内。然而，这些工作都没有考虑到为同一总线上的所有位维护相同拓扑的约束。因此，研究一种有效的拓扑匹配总线布线算法是十分必要的。如果满足以下四个条件，则认为总线上的位具有相同的拓扑结构：(1)所有位具有相同的段数；(2)每一段上所有位的连线在相同的层上；(3)每一段上所有位的路线朝着同一个方向；(4)每一段中所有位所对应的连线的相对顺序与引脚的顺序相同或相反。图1列举了一个具有相同拓扑结构的总线和不均匀布线轨道结构。布线轨道的设计是为了使得布线器能够满足各种设计要求，帮助掩码着色，这在高级技术节点中是必不可少的。每个布线轨道都有一个宽度约束，线的宽度有小于该宽度约束才能在其上走线。由于不同总线的布线要求可能不同(例如,不同的线宽度和不同线间距),布线轨道可能不均匀。此外，布线轨道也有可能会相互重叠。这种不均匀的布线轨道结构给总线布线带来了很大的挑战。由于布线障碍物(如线路元器件、电源通道等)分散在某些层中，这进一步加大了布线难度。由于布线问题的高度复杂性，布线过程通常分为全局布线、轨道分配和详细布线。在全局布线中，将布线区域划分为粗粒度的网格单元(称为g单元)，并通过g单元之间的连接为每个网络确定粗布线区域。接下来，轨道分配将布线轨道分配给从全局布线结果中提取的通道。最后，详细布线为每个网络找到连接通道和导航的轨道，并完成最终布线。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提出一种考虑非均匀轨道和障碍物的拓扑匹配总线布线方法，可以克服上述问题，进而快速地得到一个高质量的布线方案。本专利技术采用以下方案实现：一种考虑非均匀轨道和障碍物的拓扑匹配总线布线方法，具体包括以下步骤：步骤S1：进行预处理，将非均匀轨道结构与障碍物统一起来；步骤S2：将拓扑考虑的单个总线布线作为一个不可分割的流问题，并将其集成到基于协商的全局布线中，以确定每个总线所需的布线区域；步骤S3：在步骤S2的指导下，将轨道分配到总线的各个部分，降低后续步骤中维护相同布线拓扑的难度；步骤S4：进行详细布线，以连接每个总线的各个部分。步骤S1包括：将每条布线轨道形式化地从上到下或从左到右覆盖整个设计，每条轨道都有一组记录已使用的子轨道的间隔；此外，如果两个轨道的中心线重叠，则缩小或删除宽度较小的轨道的使用间隔。进一步地，步骤S1中包括：采用最小生成树算法将每个多引脚位分解为一组两引脚位，并确定每个引脚的首选方向，如果在不同位元中相同的轨道形的物理位置是水平分布的，则将轨道形的首选方向设置为垂直；如果在不同的位上相同的轨道形状的物理位置是垂直分布的，则轨道形状的首选方向是水平的；其中引脚的首选方向是所需要连接到引脚的导线的方向。进一步地，步骤S2具体包括以下步骤：步骤S21：进行网格图构建；将每个布线层划分为一组全局单元，即g单元，并构建相应的网格图；在网格图中，每个顶点代表一个g单元，每个布线边代表相邻g单元之间的边界，任意两个相邻层由渠道连接；此外，每条布线边上的数字表示这条边的容量，它对应于可以包含在这条边上的布线轨道的数量；将多层设计投影到二维平面上，然后构造一个电容化图G(V,E,u)，其中V表示顶点，E表示边，u表示节点；此外，每个引脚对应一个g细胞；如果任意两个位的两个引脚在同一个g细胞中，则将这两个位暂时合并为一个位；步骤S22：进行初始解迭代；步骤S23：进行拆线重布。进一步地，步骤S22具体为：根据引脚的首选方向，将位分为两种类型，其一为每个位的两个引脚具有相同的首选位置，连接两个引脚的轨道具有偶数个拐弯，其二为每个位的两个引脚具有正交的首选方向，连接两个引脚的轨道具有奇数个拐弯；由于为每个引脚设置了一个首选方向，所以一位最多有一条弯曲为1或0的轨道，只要依次确定个n-1(n≥2)弯曲点，就能够得到一条弯曲为n的轨道；将连接每个位的轨道的弯度限制为4；对于每个总线，令di表示第i位命令,Ρi表示第i位的轨道集，ΡiT表示Ρi中具有相同布线拓扑的轨道集；对于每个p∈Ρi，有一个非负变量x(P)和一个权值w(P)；轨道p的权值w(P)是轨道上所有边的权值之和，定义边e的权值为：式中，d(e)表示通过e的位的需求之和，u(e)表示边e的容量；对于每条边e，需求d(e)初始化为0，并在总线布线成功后进行更新；当需求接近生产能力时，重量会显著下降，但在产能不足和产能过剩部分，重量会缓慢增长；据轨道的拐弯数和权值来确定布线拓扑的顺序，较少的拐弯具有较高的优先级，对于每个总线，逐个尝试总线的拓扑，直到总线被成功布线；同时，引入一个新的变量xi，对于每一位i，其中令u’为u的一个拷贝，将拓扑为T的总线全局布线问题表示为不可分割流问题：xi,x(P)∈{0,1},1≤i≤nbit,P∈∪iPiT在制定的不可分割流问题中，目标是找到最大可布线位，所有选择轨道的总权值尽可能大，即交通拥挤程度越小越好；在第一行的约束确保最大的权值,选择一条轨道和第二行限制的约束，使总线的所有拓扑都无法布线；如果总线的所有位元都被成功布线，则总线被成功布线(i.e.,xi＝1,1≤i≤nbit)；成功布线总线后，更新每条边e的需求d(e)和权值w(e)，然后处理下一条总线。进一步地，步骤S3具体包括以下步骤：步骤S31：进行初始轨道分配，通过逐一处理总线，以便将轨道分配给每个段，对于每个总线，每个段由不同位的路线组成，这些路线在从源引脚轨道到汇聚引脚时具有相同的序列；步骤S32：进行拆线重布。进一步地，步骤S31具体包括以下步骤：步骤S311：将每个段的路线按照相同的顺序或位的相反顺序排序，这两个订单都经过了测试，因为每个订单的结果可能不同，采用最好的结果；步骤S312：根据排序顺序，对每个路线，在面板中收集有效的轨道，并计算分配成本到每个有效的轨道；其中如果轨道的宽度约束大于或等于路线的线宽，则轨道是有效的；步骤S313：选择一个有效的轨道与最低成本，以适应路线；其中cost(ir,t)为轨道t分配路线ir的代价函数定义为：cost(ir,t)＝wl(ir,t)+C2·ol(ir,t)+C3·blk(ir,t)+C4·cp(ir,t)；式中，成本cost(ir,t)为将轨道t分配给路线ir的总成本，wl(ir,t)为线长成本，ol(ir,t)为重叠代价，blk(ir,t)为阻塞区间代价，cp(ir,t)为紧性代价，C2、C3、C4为用户定义的常数。进一步地，步骤S32具体为：为了避免初始轨道分配之后路线之间可能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑非均匀轨道和障碍物的拓扑匹配总线布线方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：进行预处理，将非均匀轨道结构与障碍物统一起来；步骤S2：将拓扑考虑的单个总线布线作为一个不可分割的流问题，并将其集成到基于协商的全局布线中，以确定每个总线所需的布线区域；步骤S3：在步骤S2的指导下，将轨道分配到总线的各个部分，降低后续步骤中维护相同布线拓扑的难度；步骤S4：进行详细布线，以连接每个总线的各个部分。

【技术特征摘要】
1.一种考虑非均匀轨道和障碍物的拓扑匹配总线布线方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：进行预处理，将非均匀轨道结构与障碍物统一起来；步骤S2：将拓扑考虑的单个总线布线作为一个不可分割的流问题，并将其集成到基于协商的全局布线中，以确定每个总线所需的布线区域；步骤S3：在步骤S2的指导下，将轨道分配到总线的各个部分，降低后续步骤中维护相同布线拓扑的难度；步骤S4：进行详细布线，以连接每个总线的各个部分。2.根据权利要求1所述的一种考虑非均匀轨道和障碍物的拓扑匹配总线布线方法，其特征在于，步骤S1包括：将每条布线轨道形式化地从上到下或从左到右覆盖整个设计，每条轨道都有一组记录已使用的子轨道的间隔；此外，如果两个轨道的中心线重叠，则缩小或删除宽度较小的轨道的使用间隔。3.根据权利要求1所述的一种考虑非均匀轨道和障碍物的拓扑匹配总线布线方法，其特征在于，步骤S1中包括：采用最小生成树算法将每个多引脚位分解为一组两引脚位，并确定每个引脚的首选方向，如果在不同位元中相同的轨道形的物理位置是水平分布的，则将轨道形的首选方向设置为垂直；如果在不同的位上相同的轨道形状的物理位置是垂直分布的，则轨道形状的首选方向是水平的；其中引脚的首选方向是所需要连接到引脚的导线的方向。4.根据权利要求1所述的一种考虑非均匀轨道和障碍物的拓扑匹配总线布线方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下步骤：步骤S21：进行网格图构建；将每个布线层划分为一组全局单元，即g单元，并构建相应的网格图；在网格图中，每个顶点代表一个g单元，每个布线边代表相邻g单元之间的边界，任意两个相邻层由渠道连接；此外，每条布线边上的数字表示这条边的容量，它对应于可以包含在这条边上的布线轨道的数量；将多层设计投影到二维平面上，然后构造一个电容化图G(V,E,u)，其中V表示顶点，E表示边，u表示节点；此外，每个引脚对应一个g细胞；如果任意两个位的两个引脚在同一个g细胞中，则将这两个位暂时合并为一个位；步骤S22：进行初始解迭代；步骤S23：进行拆线重布。5.根据权利要求4所述的一种考虑非均匀轨道和障碍物的拓扑匹配总线布线方法，其特征在于，步骤S22具体为：根据引脚的首选方向，将位分为两种类型，其一为每个位的两个引脚具有相同的首选位置，连接两个引脚的轨道具有偶数个拐弯，其二为每个位的两个引脚具有正交的首选方向，连接两个引脚的轨道具有奇数个拐弯；由于为每个引脚设置了一个首选方向，所以一位最多有一条弯曲为1或0的轨道，只要依次确定个n-1(n≥2)弯曲点，就能够得到一条弯曲为n的轨道；将连接每个位的轨道的弯度限制为4；对于每个总线，令di表示第i位命令,Ρi表示第i位的轨道集，ΡiT表示Ρi中具有相同布线拓扑的轨道集；对于每个p∈Ρi，有一个非负变量x(P)和一个权值w(P)；轨道p的权值w(P)是轨道上所有边的权值之和，定义边e的权值为：式中，d(e)表示通过e的位的需求之和，u(e)表示边e的容量；对于每条边e，需求d(e)初始化为0，并在总线布线成功后进行更新；当需求接近生产能力时，重量会显著下降，但在产能不足和产能过剩部分，重量会缓慢增长；据轨道的拐弯数和权值来确定布线拓扑的顺序，较少的拐弯具有较高的优先级，对于每个总线，逐个尝试总线的拓扑，直到总线被成功布线；同时，引入一个新的变量xi，对于每一位i，其中令u’为u的一个拷贝，将拓扑为T的总线全局布线问题表示为不可分割流问题：xi,x(P)∈{0,1},1≤i≤nbit,P∈∪iPiT在制定的不可分割流问题中，目标是找到最大可布线位，所有选择轨道的总权值尽可能大，即交通...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋一博，陈建利，朱自然，陈庄祺，杨力，杨鹏，蔡熠，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35