罗风 · 2021年02月19日

论PR | Innovus 中cell density计算解析

Density 计算公式

Density 又称Utilization, 计算公式如下。

微信图片_20210219104219.png

leaf cell 面积跟可用总面积的计算,受多种因素影响:

  • 通常leaf cell 包括std cell 跟hard macro;
  • 在计算Density 的时候,如果hard macro 的placement status 是FIXED 或COVER, 则Hard macro 的面积不算在『leaf cell 面积』 跟『可用总面积』内,Hard macro 的面积包含Block halos;

微信图片_20210219104231.png

  • 如果hard macro 的placement status 是PLACED, 则Hard macro 的面积会算在『leaf cell 面积』 跟『可用总面积』内;
  • leaf cell 的面积可从lib 直接读出,也可从lef 中读出『SIZE X BY Y』计算得到;通常std cell 和hard macro 是矩形,从lib 中读出的面积跟从lef 中读出『SIZE X BY Y』计算得到的面积是相等的;但是有些hard macro 是多边形,此时从lib 中读出的面积跟从lef 中读出『SIZE X BY Y』计算得到的面积是不同的,对于多边形hard macro, 在LEF 中会有『 LAYER OVERLAP 』的定义; 不同工具的不同命令在用lef 报hard macro 的面积时对多边形的处理会不同,有的命令直接用『SIZE X BY Y』有的命令会将OVERLAP 部分减去。

微信图片_20210219104233.jpg

  • 在Innvous 中如果设了cell padding, 则cell padding 要算在leaf cell 面积中;
  • 可用总面积指可以用于放置std cell 的面积,可以理解为ROW 的面积减去Blockage 的面积;
  • 在Innovus 中,如果Stripes on layers specified as obstructions, 会被当做placement blockage 所以这部分面积会被从可用总面积中减去;
  • 对于physical only 的cell, 不同工具不同命令在计算面积时有所差别。

Innovus 中Density 的report

在Innovus 中可用如下命令来report density, 不同命令的应用场景和计算方式有所不同。

微信图片_20210219104235.jpg

optDesign, timeDesign
timeDesign, optDesign, 都会在timing summary table 之后给出一个density 值,这几个命令,都不把fixed/cover cell 计算在内,如:

微信图片_20210219104237.jpg

placeDesign, place\_opt\_design 同样会在timing summary table 之后给出一个density 值,也不把fixed/Cover cell 计算在内;但总可用面积的计算方式稍有不同,如在Innovus 中设置了setPlaceMode -maxDensity Dvalue, 则『实际总可用面积= 总可用面积 * Dvalue 』;同时,placeDesign 会将一些small channel 从总可用面积中减去;此处无具体公式,总而言之placeDesign 在计算density 时用的是一个复杂的内部算法。

checkPlace
checkPlace 会分别报出包含fixed cell 跟不包括fixed cell 的Density, 如:

微信图片_20210219104239.png

checkFPlan -reportUtil and report\_qor
checkFPlan -reportUtil 会报出core utilization 跟effective utilization:

  • core utilization: 不考虑blockage, cell padding 等因素的影响;
  • effective utilization: 考虑blockage, cell padding 等因素的影响。

需要强调的一点:checkFPlan -reportUtil 会将soft blockage 跟partial placement blockage 从总可用面积中减掉。

微信图片_20210219104241.png

place\_opt\_design 在global placement 开始时报的Density 可能会比timing summary 或checkFPlan -reportUtil 报得值大,这是由于place\_opt\_design 为了解congestion 使用了auto density screens 导致的,auto density screens 对用户不可见,但是可以从innovus log 中看到auto density screens 对density 的影响:

微信图片_20210219104243.jpg

report\_qor 是Innovus common UI 的命令,其行为跟checkFPlan -reportUtil 一致。

queryDensityInBox
queryDensityBox 会分别报出std cell, hard macro, power metal, placement Obs 的density.

微信图片_20210219104245.jpg

其中:

  • StdInstArea = area of standard cells + area of physical cells;
  • physical cell 包括:filler, Endcap, welltaps, power shutoff (PSO), Decaps cells 等;
  • freeSpace = core area - blocked core area;
  • blocked\_core\_area is the area blocked by the hard macros, power stripes (determined by setPlaceMode -prerouteAsObs setting), and placement blockages.
  • FIXED cells and cell padding do not effect the calculation.
  • macroInstArea = area\_of\_hard\_macros
  • totArea = total\_core\_area
  • powerMetalArea = area\_of\_power\_stripes
  • setPlaceMode -prerouteAsObs is used to determine if the power stripes block the cells from being placed under them.
  • PlacementObsArea = area\_of\_placement\_blockages

reportDensityMap

reportDensityMap 会生成一个用颜色标示的Density 分布图跟一个density report. 默认,reportDensityMap 不把fixed cell 计算在内,可以通过设置如下命令,将fixed std cell 计算在内,但是不会把fixed macro 计算在内。reportDensityMap 主要用于report hotspots.  需要用queryPlaceDensity 跟GUI 来确定Density 的分布跟问题。

微信图片_20210219104248.jpg

summaryReport
summaryReport 会报出更详细的信息,其report 内容为:

微信图片_20210219104249.jpg

作者:陌上风骑驴
来源:https://mp.weixin.qq.com/s/B6ufvhKdnRFBNPzcLZ2xyA
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