Design Compiler：Milkyway库的创建与使用

相关阅读

Design Compilerhttps://blog.csdn.net/weixin_45791458/category_12738116.html?spm=1001.2014.3001.5482

        DC Ultra推出了拓扑模式，在综合时会对标准单元进行粗布局(Coarse Placement)并使用虚拟布线(Virtual Routing)技术计算互联延迟，关于拓扑技术的更详细介绍，可以参考下面的博客。

Design Compiler：什么是拓扑技术(Topographical)？https://chenzhang.blog.csdn.net/article/details/145748306

        由于拓扑模式需要使用物理信息，即除了逻辑库之外还需要使用物理库，它可以是Milkyway库（ DC Ultra、DC Graphical、DC NXT与IC Compiler支持）或者NDM库（DC NXT与IC Compiler II支持），物理库中包括了标准单元和宏单元的形状图(Frame)。注意：老版的.pdb格式的物理库已经被抛弃了。

        本文就将介绍Milkyway库创建与使用。

Milkyway参考库

        Milkyway参考库以目录的形式存在（这与逻辑库不同），不同类别的单元以不同的目录表示（例如标准单元、IP单元、宏单元），每个目录包含几个子目录：CEL、FRAM、LM（可选）。

        下面的例子展示了Milkyway参考库的结构。

physical_libs/
├── IP_lib/
│   ├── CEL/
│   │── FRAM/   
│   └── LM/
│
├── Std_Cell_lib/
│   ├── CEL/
│   │   ├── and2a1:1
│   │   ├── and2a2:1
│   │   └── xor3a27:1
│   ├── FRAM/
│   │   ├── and2a1:1
│   │   ├── and2a2:1
│   │   └── xor3a27:1
│   └── LM/
│       ├── sc_max.db
│       └── sc_min.db
│
└── Macro_lib/
    ├── CEL/
    │── FRAM/
    └── LM/

        CEL目录下包含了单元的完整布局视图，会在布局布线(P&R)完成后被IC Compiler使用，当设计准备好tape out时，该视图用于将设计的完整布局表示导出为标准格式的GDSII文件。这个文件必须包含设计的所有物理数据，而不仅仅是P&R阶段所用的抽象数据。

        FRAM目录下包含了单元的抽象视图，会在布局布线(P&R)阶段被IC Compiler使用（以及在综合阶段被Design Compiler使用）。

        LM目录下包含了逻辑库，当然也可以将其保存在其他地方而不是Milkyway参考库中（使用逻辑库需要保证search_path、link_library、target_library变量正确设置）。

技术文件

        技术文件是针对每种工艺技术唯一的描述文件，为所有工艺层定义参数，包括：层名、层编号、显示用的颜色和图案、设计规则（如宽度、间距、面积、间距等）、通孔接触定义（包括上下金属层、金属包围等）、默认通孔阵列规则、区域定义等信息。

        Design Compiler可以利用技术文件建立简单的RC模型，用于计算互连的RC参数。

        下面的例子展示了技术文件的内容。

Technology {
  name             = "cb1314"
  dielectric       = 3.73e-05
  unitTimeName     = "ns"
  timePrecision    = 1000
  unitLengthName   = "micron"
  ...
}

Layer "METAL1" {
  layerNumber      = 14
  maskName         = "metal1"
  pitch            = 0.41
  defaultWidth     = 0.16
  minWidth         = 0.16
  ...
}

高阶RC模型文件和映射文件

        TLUPlus文件用于存储高阶RC查找表，主要用于建模超深亚微米工艺效应，如：包覆介电层、金属填充、浅沟槽隔离、铜凹陷（包括密度分析和宽度/间距）、梯形导体等。TLUPlus文件本身是二进制格式，但它可以通过将ASCII格式的ITF文件通过StarRC编译而来。

        下面的例子展示了TLUPlus文件头部的注释，这也是来自ITF文件。

# TECHNOLOGY=1314max
# CONDUCTOR cm4  { THICKNESS=0.90  WMIN=0.44  SMIN=0.46  RPSQ=0.060 }
# CONDUCTOR cm3  { THICKNESS=0.35  WMIN=0.20  SMIN=0.21  RPSQ=0.081 }
# CONDUCTOR cm2  { THICKNESS=0.35  WMIN=0.20  SMIN=0.21  RPSQ=0.081 }
# CONDUCTOR cm1  { THICKNESS=0.26  WMIN=0.16  SMIN=0.18  RPSQ=0.109 }
# CONDUCTOR poly { THICKNESS=0.18  WMIN=0.13  SMIN=0.20  RPSQ=10.965 }
...
# DIELECTRIC cm4_extra1 { THICKNESS=0.23  ER=3.7 }
# DIELECTRIC cm4_extra2 { THICKNESS=0.03  ER=8.1 }
# DIELECTRIC cm4_extra3 { THICKNESS=0.09  ER=3.7 }
...

        除了使用TLUPlus文件，还可以使用nxtgrd文件，它是比TLUPlus文件还准确的RC模型文件，StarRC用该文件进行寄生参数提取，但是对于Design Compiler而言，使用的依然是其中的TLUPlus数据，因此结果是一致的。

        映射文件用于将RC模型文件中的层名与技术文件中的层名进行映射，如图1所示。如果RC模型文件中的层名与技术文件中的层名完全一致，则可以不指定映射文件；如果两者不一致且未指定映射文件，流程后期将报错。

图1 映射文件

Milkyway设计库

        要使用物理库，用户必须创建一个Milkyway设计库，它充当一个容器，存储了技术文件和Milkyway参考库的路径（注意不是参考库本身，且可以是绝对路径或相对路径），如果用户选择将设计以CEL形式保存在Milkyway设计库中，Milkyway设计库中还有设计相关的信息和TLUPlus数据（但很遗憾，Design Compiler并不能重新读取保存为CEL的设计，因此将设计保存为ddc格式可能更好）。

        使用create_mw_lib命令创建Milkyway设计库，同时必须使用-technology选项指定技术文件，可以使用-mw_reference_library选项指定Milkyway参考库（也可以选择之后指定，但必须在综合前指定），如下所示。

dc_shell> create_mw_lib *** -technology *** -mw_reference_library ***

        需要注意的是，Milkyway设计库的创建需要在未打开Milkyway设计库时进行，因为Milkyway设计库的创建涉及到短暂打开库并关闭的过程。如果在已打开Milkyway设计库的情况下创建Milkyway设计库会出现下面的错误。

Error: Fail to create library. Only one library can be opened for editing.  (MWUI-290)

        如果Milkyway参考库的位置改变了，或者需要指定Milkyway设计库的参考库，可以使用set_mw_lib_reference命令，如下所示。

dc_shell> set_mw_lib_reference *** -mw_reference_library ***

        需要注意的是，set_mw_lib_reference命令也只能在未打开Milkyway设计库时进行（即使设置的设计库就是被打开的那个），否则会出现下面的错误。

Error: Fail to set mw reference libraries for '***' (MW-215)

        使用open_mw_lib命令可以打开一个Milkyway设计库，但无法打开其中的CEL（如果在之前保存了的话），如下所示。使用current_mw_lib命令可以查询打开的Milkyway设计库。

dc_shell> open_mw_lib ***

        如果在打开了Milkyway设计库的情况下，再次尝试打开其他设计库，则会出现下面的错误。

Error: only one library can be opened as main library. (MWUI-209)

        使用set_tlu_plus_files命令可以指定RC模型文件和映射文件，如下所示。

dc_shell> set_tlu_plus_files -max_tluplus *** -min_tluplus *** -tech2itf_map ***

        需要注意的是，如果选择将设计保存为CEL，则TLUPlus数据是跟随设计一起保存的，但又无法被Design Compiler重新读取，因此在使用之前保存了CEL的Milkyway设计库时，需要重新使用set_tlu_plus_files命令。

        使用write_milkyway命令可以将设计以CEL形式保存为mw_design_library变量指定的Milkyway设计库，如下所示。该变量通常无需用户设置，因为open_mw_lib命令会自动将其设置为将打开的Milkyway设计库（设置该变量甚至可以完成将一个设计保存到另一个完全不相关的Milkyway设计库中）。

dc_shell> write_milkyway -output ***

        上面的-output选项指定了设计文件名（最好和设计名一致）。设计文件会保存在mw_design_library变量指定的Milkyway设计库中的CEL目录下，还会有类似:1形式的后缀，这表示设计文件的版本，如果以同一个名字多次保存设计，版本号则会自动递增，除非使用-overwrite选项指定覆盖最新版本的设计文件。

        需要注意的是，在将设计保存为CEL形式之前，需要保证设计是已映射的且唯一化的，关于唯一化的更详细介绍，可以参考下面的博客。SDC命令详解：使用uniquify命令进行唯一化https://blog.csdn.net/weixin_45791458/article/details/148564739?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%25227917092785529b70a6fce5a75c531564%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334.pc%255Fblog.%2522%257D&request_id=7917092785529b70a6fce5a75c531564&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2~blog~first_rank_ecpm_v1~rank_v31_ecpm-1-148564739-null-null.nonecase&utm_term=%E5%94%AF%E4%B8%80%E5%8C%96&spm=1018.2226.3001.4450

写在最后

        虽然Milkyway库已略显过时，被最新的NDM库（DC NXT与IC Compiler II支持）代替，但对于那些因为种种原因还在使用DC Ultra、DC Graphical或IC Compiler的用户来说，它依然是一个重要的概念，这也是本文存在的意义。