文档介绍：2021/4/17
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第四章版图设计(Layout)
版图是集成电路从设计走向制造的桥梁，它包含了集成电路尺寸、各层拓扑定义等器件相关的物理信息数据。
集成电路制造厂家根据这些数据来制造掩膜。
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掩模图的作用
掩膜上的图形决定着芯片上器件或连接物理层的尺寸。因此版图上的几何图形尺寸与芯片上物理层的尺寸直接相关。
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第一节 引 言
硅平面工艺是制造MOS IC 的基础。利用不同的掩膜版，可以获得不同功能的集成电路。因此，MOS IC版图的设计就成为开发新品种和制造合格集成电路的关键。
目前的版图设计方法有三种：
1、人工设计
人工设计和绘制版图，有利于充分利用芯片面积，并能满足多种电路性能要求。但是效率低、周期长、容易出错，特别是不能设计规模很大的电路版图。因此，该方法多用于随机格式的、产量较大的MSI和LSI或单元库的建立。
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二、计算机辅助设计（CAD）
在计算机辅助设计系统数据库中，预先存入版图的基本图形，形成图形库。设计者通过一定的操作命令可以调用、修改、变换和装配库中的图形，从而形成设计者所需要的版图。
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在整个设计过程中，设计者可以通过CRT显示，观察任意层次版图的局部和全貌；可以通过键盘、数字化仪或光笔进行设计操作；可以通过画图机得到所要绘制的版图图形。利用计算机辅助设计，可以降低设计费用和缩短设计周期。
三、自动化设计
在版图自动设计系统的数据库中，预先设计好各种结构单元的电路图、电路性能参数及版图，并有相应的设计软件。在版图设计时，只要将设计的电路图（Netlist）输入到自动设计系统中，再输入版图的设计规则和电路的性能要求，自动设计软件就可以进行自动布局设计、自动布线设计并根据设计要求进行设计优化，最终输出版图。
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第二节 版图设计过程
布图设计的输入是电路的元件说明和网表，其输出是设计好的版图。通常情况下，整个布图设计可分为划分(Partition)；布图规划(Floor-planning)；布局(Placement)；布线((Routing)和压缩(Compaction)。
一、划分
由于一个芯片包含上千万个晶体管，加之受计算机存储空间和计算能力的限制，通常我们把整个电路划分成若干个模块，将处理问题的规模缩小。划分时要考虑的因素包括模块的大小、模块的数目和模块之间的连线数等。
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二、布图规划和布局
布图规划是根据模块包含的器件数估计其面积，再根据该模块和其它模块的连接关系以及上一层模块或芯片的形状估计该模块的形状和相对位置。
布局的任务是要确定模块在芯片上的精确位置，其目标是在保证布通的前提下使芯片面积尽可能小。
三、布线
布线阶段的首要目标是百分之百地完成模块间的互连，其次是在完成布线的前提下进一步优化布线结果，如提高电性能、减小通孔数等。
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四、压缩
压缩是布线完成后的优化处理过程，它试图进一步减小芯片的面积。目前常用的有一维和二维压缩，较为成熟的是一维压缩技术。在压缩过程中必须保证版图几何图形间不违反设计规则。
整个布图过程可以用图来表示，布图过程往往是一个反复迭代求解过程。必须注意布图中各个步骤算法间目标函数的一致性，前面阶段的算法要尽可能考虑到对后续阶段的影响。
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第三节 版图自动设计中的基本问题
VLSI版图是一组有规则的由若干层平面几何图形元素组成的集合。通常，这些图形元素只限于曼哈顿图形，即只由垂直边和水平边构成的图形，且在同一层内不允许重叠。
一、图的定义及数据结构
基本术语：图、完全图和子图、通路和回路、连接图和树、有向图、二分图、平面图。
数据结构：邻接矩阵、关联矩阵、边-节点表（数组）、链表结构。