ICC布局阶段

在布局规划阶段完成了芯片的整体规划，而布局阶段主要是软件自动的标准单元的摆放。

在布局开始之前，需要对设计进行确认和检查。

主要确认内容包括：

·检查设计中的所有macro是否设置为dont_touch属性。在大多数情况下，宏单元的位置是在布局规划期间确定的，并且其位置是“固定的”。最好再次修复所有宏位置，以防万一在设计计划后手动移动了宏，却忘记了将其fix住，导致在placement阶段使其移动。

Icc_shell>set_dont_touch_placement [all_macro_cells]

·检查placement blockage是否正确添加，以及确认blockage的类型。

·检查TLU+文件是否设置。前面说过这是软件计算RC的查找表，是软件计算timing的基础。

Icc_shell>check_tlu_plus_files 需要三项Passed！

如果还未设置，Icc_shell>set_tlu_plus_files -max_tluplus $tlup_max -min_tluplus $tlup_min -tech2itf_map $tlup_map

·将所有的scenario都激活。如果没有MCMM，则不用执行该操作。

Icc_shell>set_active_scenarios -all

·将每个scenario高扇出网络以及时钟网络设置为理想的网络。

Icc_shell>set_ideal_network [all_fanout -flat -clock_tree]

·检查绕线的layer是否设置正确。如果设置不正确，会影响到工具估算congestion map的准确性。

Icc_shell>report_ignored_layers

设置ignored layer（Eg：ignored M3以下 M5以上的layer）

Icc_shell>set_ignored_layers -min_routing_layer M3 -max_routing_layer M5

·设置标准单元摆放的约束。一般在电源地Strap下面放置标准单元时，可能会在Strap的地方存在Congestion。这时可以限制工具在电源地Srtap下面少放或者不放置标准单元。举例说明对Pnet（Power net）Placement Blockages的设置：

将M1和M2的PG线下方设置为Partial Blockage：>set_pnet_options-partial {M1 M2}

不允许M1和M2的PG线下方放置任何标准单元：>set_pnet_options-complete { M1 M2}

允许软件在M1和M2的PG线下方放置任何标准单元，在不指定的情况下，软件默认：>set_pnet_options-none {M1 M2}

其中，-paretial option允许软件在pg strap下放置标准单元，但是需注意strap和单元引脚之间的短路，需要满足最小距离的DRC，但这将导致在strap附近的引脚能难以接线，使得拥塞增大。

以上即为布局之前的设计检查。

其中提到了scenario和MCMM（Multi-corner Multi-mode）。

corner是PVT上的区别，一种PVT对应一个corner；mode主要有func和scan。

由于影响cell delay的因素主要有：工艺，电压和温度三种（PVT），由此产生各种corner：
WC：worst case slow，低电压，高温度，慢工艺 -> 一般情况下delay最大，setup 差。
WCL：worst case low-temperature，低电压，低温度，慢工艺 -> 温度反转效应时delay最大，setup差。
LT：即low-temperature，也叫bc（best case fast），高电压，低温度，快工艺 -> 一般情况下delay最小，hold差。
ML：max-leakage，高电压，高温度，快工艺 -> 温度反转效应下delay最小，hold差。
TC：typical，也叫tt，普通电压，普通温度，标准工艺 -> 各种typical。
其中的快、慢和标准工艺指manufacture时的N/PFET的驱动电流值，min对应慢工艺，max对应快工艺。

一个corner和一个mode组成一个scenario 形成不同组合的scenario。针对不同的scenario可以进行不同的功耗以及setup、hold time的优化。

icc中创建不同的scenario的命令为Icc_shell>create_scenario $name 当需要多个scenario时一般可以自己写成一个脚本，设置dc输出的约束条件.sdc文件和相应的RC文件TLU+。

使用set_scenario_options命令设定该scenario对setup hold 或者动态静态功耗进行优化。

在布局前的检查完成之后，接着进行placement flow。

·DFT Setup

DFT全称是Design for test，这一步主要是针对设计中存在scan chains（扫描链）的情况下进行的优化。

为了满足可测试性设计（DFT）的需求（可观测，可控），将设计中所有（或大部分）的触发器连接在一条或者若干条链上，这条链我们称之为scan chain。这步是在逻辑综合工具（Design Compiler）中实现的。在netlist网表中，ICC读到设计进行了扫描链scan chains，需要读入scandef文件。这个scandef文件也是DC输出的。

在ICC中，我们可以用命令icc_shell>check_physical_design -stage pre_place_opt进行检查，若出现Error：

说明该设计中进行了扫描链设计，但是没有输入scandef文件。

icc_shell>report_scan_chain 可以看到报告中没有任何scan_chain信息，此时我们就需要读入scandef文件。

在绕线资源比较紧张的情况下，在ICC/ICC2中读入对应的scandef，然后让工具做scan chain的reorder，从而缓解绕线资源紧张的状态。原因是：

在DC综合阶段，由于工具并没有所有寄存器的物理位置信息，所以工具默认情况下是按照字母的顺序来做scan chain的插入。大部分情况下，这样的scan chain连接方式并不是最优的。ICC/ICC2中的placement是基于timing和congestion driven的，所以原来两个寄存器（比如下图中的DFF2和DFF3）的scan chain是前后级的关系，但是在ICC/ICC2中可能这两个寄存器离的比较远，这样的情况，就会导致寄存器SI（scan in）端的走线很乱，加重design的congestion issue。而经过scan chain reorder之后，使得走线变得有序。

经过了scan chain reorder之后，设计的走线会变得有序，大大缓解绕线资源。通过飞线图我们可以直观地看出对比。

下面给出一个scandef文件的实例作为参考，其中包括：

在如图的一条scan chain中，+FLOATING中的寄存器单元是可以进行reorder的，软件可以对他们进行走线优化，而+ORDERED 中的是不能做reorder的。

正常情况 scan chain连接是无序的，若无需进行optimize_dft, 则icc_shell>place_opt -continue_on_missing_scandef

若需要进行optimize_dft，则icc_shell>read_def design_data/ORCA_TOP.scandef 读入scandef文件后，

icc_shell>report_scan_chain，此时发现与开始报告的不同，设计中已经读入了scan chain

在读入了scandef文件后，在最后的place_opt命令里带上-optimize_dft的选项即可对扫面链进行优化。同时，ICC不仅支持place过程的scan chain reordering，也支持clock_opt阶段的scan chain reordering。所以在place阶段用了scan chain reordering之后，务必在clock_opt阶段继续做进一步的优化，减少hold violation的数量。

·Power Setup

功耗优化：芯片的整体功耗分为动态功耗（dynamic) 和静态功耗(Static Powers），又称漏电流功耗(Leakage Power）

其中动态功耗又分为：

·标准单元内部功耗（Internal Power），即短路功耗，即上下PMOS和NMOS同时导通时的功耗。这部分的计算是嵌入library库文件内部，通过标准单元的input transition和output load来查表得到的。

·Switch power，即开关功耗。动态功耗和data的翻转率（TR），静态概率（SP），电压，负载电容相关。这一部分为互连线(net)上的dynamic功耗，这部分的计算通过将所有net上每个翻转周期的功耗乘以其翻转率并相加得到。

在Power Setup中，主要进行优化的是开关功耗，为了优化动态功耗，ICC通常会读入SAIF文件（ICC只识别SAIF文件，可将VCD文件转化为SAIF文件后使用）。Saif文件记录cell和net的switching activity（翻转活动），即记录了上述的翻转率。

·SAIF文件:即switching activity interchange format，开关行为内部交换格式文件，用于仿真器和功耗分析之间交换信息的ASCII文件(美国标准信息交换码文件)。

·VCD文件，即value change dump 文件，它也是一个ASCII文件，文件中包括了一个设计中所选择变量值的变化信息，这些信息通过在仿真testbench中使用“VCD系统函数”得到。

平均功耗分析，分3种情况：

（1）假如有波形文件：最理想的情况是能提供后仿产生的VCD/SAIF文件，通过read_vcd/read_saif将真实的翻转率反标到Net上，然后通过report_switching_activity检查反标率，最后report_power报功耗值。

（2）人为设置翻转率：根据经验值，通过set_switching_activity/set_case_analysis来设置register，clock gate以及memory/blackbox的翻转率，这个经验是从以往项目的仿真得到的，然后通过以下类似下面的命令设置：

reset_switching_activity (重置之前设置的翻转率)
set_switching_activity [get_pins -of_object [all_registers]]   -toggle_rate 0.5   -static_probability 0.5    -base_clock * （设置register的翻转率）
set_switching_activity   -type black_boxes    -toggle_rate 0.1    -static_probability 0.5    -base_clock *    -hierarchy （设置blockboxs上的翻转率）
set_switching_activity -toggle_rate 0.5    -static_probability 0.5    -base_clock * [remove_from_collection [all_inputs] [get_port -filter "is_clock_used_as_clock == true"]] （设置Input上的翻转率）
set_switching_activity [get_pins -of_object [get_cells -hierarchical * -filter "ref_name =~ *ICG*"]]    -toggle_rate 0.5 -static_probability 0.5    -base_clock * （设置clock gate上的翻转率）
set_case_analysis 1 [get_ports *reset*] （使reset信号不翻转，准静态信号）
set_switching_activity    -toggle_rate 0    -static_probability 1    -base_clock * [get_port *reset*]

（3）使用默认翻转率：最不济的方式就是使用工具默认的翻转率了，通过下面3个变量可以设定。

set_app_var power_default_toggle_rate 0.5 (默认值为 0.1）
set_app_var power_default_static_probability 0.5 (默认值为0.5)
set_app_var power_default_toggle_rate_reference_clock fastest (默认值related)

具体的翻转率的计算以及SAIF文件转换等内荣可以参考https://www.cnblogs.com/IClearner/p/6898463.html（出处 http://www.cnblogs.com/IClearner/ ，作者：IC_learner）

读入SAIF文件后，使用ICC的LPP（low power placement）功能，ICC在布局阶段会挪动一些cell，缩短高翻转率的net的长度，降低net上的电容，从而降低与之相连的cell的动态功耗。如下图中，将高翻转率0.8的net长度缩短，以降低动态功耗。

Icc_shell>set_optimize_pre_cts_power_options -low_power_placement true

静态功耗是指逻辑门在不切换时消耗的功耗，其主要由源极到漏极亚阈值泄漏电流引起的，即逻辑门未完全关闭。因此，静态功耗通常称为泄漏功耗leakage power。

每个标准单元的leakage都集成在其library库文件(.lib)中，因此计算leakage power只需在制定条件下将design中所有的标准单元(包括各种Macro)的leakage值相加即可。

单元门的阈值电压和漏电功耗（静态功耗）有如下图所示的关系:

静态功耗与阈值电压呈指数关系。

阈值电压Vt越高的单元，它的漏电功耗越低，但门延迟越长，也就是速度慢；

阈值电压Vt越低的单元，它的漏电功耗越高，但门延迟越短，也就是速度快。

为了满足时序的要求，关键路径中使用低阈值电压的单元(low Vt cells)，以减少单元门的延迟，改善路径的时序。而为了减少静态功耗，在非关键路径中使用高阈值电压的单元(high Vt cells)，以降低静态功耗。设计者根据设计需求选用不用阈值电压的Cell，取得性能和功耗的折中。

指定多阈值电压约束：icc_shell>set_multi_vth_constraint

指定scenario用于进行静态功耗的优化：icc_shell>set_scenario_options -leakage_power true

关于低功耗设计在lab2010中只提及saif文件的读入，更多的内容在http://www.cnblogs.com/IClearner/ IC_learner低功耗设计入门中讲解了很多，比如门级功耗优化技术GLPO:Gate-level power opt等，据我所了解还有多电源多电压技术，Multi supply Multi Voltage（MSMV）划分为不同电压域（Voltage Area），也被称为Power Domain的技术。我也还在学习，并且我在跟着lab做的时候都是参考这位大佬的博客内容对lab进行理解的。于是自己也写一下博客记录一下。

最后开始布局，整个placement阶段进行标准单元的摆放命令其实就是place_opt ，但整个placement过程基于Timing Driven和Congestion Driven以及Power Optimization进行，不同的条件下placement的结果和质量，也是不一样的。placement的好坏，直接决定了时钟树的质量和绕线，最终体现为影响芯片的性能。

Timing-driven placement会将拥有时序关系的标准单元放置在接近的位置以减少连线上的RC

较小的timing违例可以在后续步骤中进行修复和优化，而在placement阶段不能出现太大的congestion违例。

place_opt进行以下四个部分，当然这都是软件自己完成的。

命令：Icc_shell>place_opt -area_recovery -congestion -optimize_dft -power

其中，-area_recovery可以减小非关键路径的单元尺寸，帮助减少congestion和power ，-optimize_dft 和 -power只有当DFT和powery优化的时候需要

-congestion 选项为设计已知congestion比较严重（如第一次使用未带选项进行place_opt发现congestion较严重），或者在布局规划（floorplan）中使用了 “high effort”算法（set_fp_placement_strategy -congestion_effort high）时需要。

·Initial placement (Coarse placement)

这个步骤就是通常我们所说的Coarse placement。将标准单元粗略摆放好，此时不考虑overlap问题。

·Auto High Fanout Synthesis(AHFS)

这个步骤将design中高扇出的点（时钟信号，reset信号等除外），进行解high fanout操作，优化时序。所以用来做placement的constraint，请务必将其中那些不必要的ideal network移除。

·Logic Optimization

该步骤根据我们添加的选项进行优化,这个过程主要有cell sizing, moving, net spitting, gate cloning, buffer insertion和area recovery这些小步骤组成。

·Placement Legalization

进行legalization操作，将所有的标准单元放置在row上，并且保证所有的cell处于legal的状态，即不存在overlap或者不在对应的row上。

place_opt过后，标准单元应该被正确地摆放在row上，进行设计后的报告

icc_shell>report_congestion -grc_based -by_layer -routing_stage global -search_repair
                    report_design -physical
                    report_qor
                    report_power

分析报告，如果有不满足或者可以更优化的部分，可以使用如psynopt （ -area_recovery -power）命令在在原有基础上做增量优化。此时设计中最好不要存在Setup的违反，可以存在Max Cap/tran、hold、Min Cap的违反。

保存设计 icc_shell>save_mw_cel -as ORCA_placed placement阶段结束

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