Процес проектування інтегральних мікросхем (ІМС) є трудомістким, тому в даний час проектування ІМС ведеться за допомогою САПР.
Автоматизоване проектування виробів електронної техніки, виходячи зі ступеня однорідності завдань і методів їх вирішення в процесі проектування виробу, підрозділяється на наступні етапи:
- системотехнічне проектування, при якому формулюються цілі проектування, формується структура майбутнього виробу, визначаються його основні техніко-економічні характеристики;
- функціональне (схемотехническое) проектування, в ході якого вибирається функціонально - логічна база, розробляються принципові електричні схеми вироби електронної техніки і її складових частин, оптимізуються її параметри;
- технічне (конструктивне) проектування, яке вирішує завдання синтезу конструкції вироби в цілому, визначає компоновку і розміщення елементів, розробляє топологію електричних з'єднань; [2]
Одним з найбільш важливих етапів розробки ІМС є етап розміщення і трасування.
Завдання розробника полягає в тому, щоб розмістити елементи (транзистори, вентилі, функціональні вузли) на мінімальній площі кристала і виконати трасування провідників, що з'єднують Еквіпотенціальна точки, з урахуванням норм проектування.
Завдання розміщення важко сформулювати математично. Для оптимізації розміщення використовується цілий ряд критеріїв. В якості вихідних оптимізуються параметрів можуть виступати: загальна довжина сполучних провідників, число контактів або щільність провідників в сполучному каналі. Крім того, процес розміщення спрощується, якщо виключити еквіпотенціальні зв'язку у вигляді дерев (розглядати з'єднання між точками)
До алгоритмів, що використовуються в САПР, висувають такі вимоги:
- висока алгоритмічна надійність, т. е. гарантоване отримання правильного результату за будь-яких чисельних значеннях вихідних даних, значеннях параметрів в заданих діапазонах варіювання і для будь-яких видів функціональних залежностей завдання даного класу
- малі обчислювальні витрати при реалізації
- алгоритмічна сумісність, т. е. узгодженість і достатність вхідних і вихідних даних різних алгоритмів, які працюють разом в складі однієї і тієї ж програми
У загальному випадку процес виконується в два етапи:
1) Автоматичний синтез вихідного розміщення
- Метод силових функцій. Спираючись на розміщення деяких елементів і на їх сполуки, обчислюють "сили" (вектори), і визначається точка, де ці сили врівноважуються.
- Метод гілок і меж. Вибравши певну цільову функцію, досліджують дерево можливих рішень.
- Лінійне впорядкування. Вирішується задача оптимальної розстановки лінійно розміщених елементів.
- Евристичні і послідовні методи. Модулі розташовуються послідовно, один за іншим, за методом максимальної кон'юнкції - мінімальної диз'юнкції. При цьому цільові функції можуть бути різними. Такі методи застосовуються найчастіше.
- Алгоритми розбиття. Безліч модулів розділяється на дві групи по деякому правилу (мінімальне число сполучних проводів між частинами, однакові розміри частин і т. Д.).
2) Автоматичне поліпшення розміщення
Робляться спроби модифікації розміщення в окремих місцях, причому в якості критеріїв можуть виступати всі описані вище заходи якості. Починаючи з вихідного розміщення, процес супроводжується оцінкою можливості трасування, в силу чого на використовувані алгоритми накладаються реальні обмеження.
Положення рівноваги за методом силових функцій обчислюється послідовно для всіх модулів, після чого визначаються їх нові положення.
Найбільш часто використовується метод парної перестановки, що спирається на різні критерії якості. Певні труднощі виникають у тих випадках, коли розміри модулів неоднакові.
Також існує інтерактивне розміщення.
Так само як і розміщення, трасування виконується в два етапи.
1) Глобальна трасування. На цьому етапі прокладаються провідники, що з'єднують різні ділянки кристала.
- Розміщення з'єднувальних каналів
- Розподіл з'єднань по каналах
2) Упорядкування канальних межсоединений.
Ця операція має найважливіше значення, оскільки попередній розподіл провідників по каналах не вирішує завдання організації міжканальних зв'язків. Тут також можна використовувати граф зниження каналів.
Також існує локальна і інтерактивне трасування. [1]
Критерії оцінки ефективного розміщення блоків і трасування межсоединений.
Проблеми розміщення елементів і трасування межсоединений взаємопов'язані і розглядати їх окремо досить важко. У загальному випадку бажано реалізувати високу щільність монтажу, при якій з'єднувальні провідники займали б близько 80% площі кристала. Однак вирішити цю задачу надзвичайно складно, і тому, при машинному проектуванні топології завдання ділиться на два етапи: розміщення блоків і трасування межсоединений. [1]
Обмеження на малюнок межсоединений.
Після того як на кристалі визначено розміщення блоків, необхідно провести трасування внутрішніх провідників, метою якої є забезпечення належних з'єднань між висновками блоків відповідно до заданої електричної схемою. У тій мірі, в якій забезпечується достатня електрична ізоляція між зазначеними провідниками і погіршення електричних характеристик не перевищує допустимих норм, вибір малюнка монтажу може бути довільним.
Розглянемо такі варіанти трасування, що не залежать від алгоритму трасування, методу проектування топології і обмежень, пов'язаних з малюнком межсоединений.
1. Геометричні обмеження.
2. Обмеження, пов'язані з паразитними параметрами сигнальних шин.
3. Обмеження, пов'язані з допустимою силою струму в шинах харчування.
4. Обмеження на висновки сполучних провідників.
5. Обмеження, пов'язані зі стандартизацією методів обробки. Рішення завдання автоматизованої трасування передбачає стандартизацію деяких її параметрів, при якій зокрема, задається ширина всіх сигнальних шин і відстані між ними, це тягне за собою, однак, зниження щільності монтажу. При двошаровій структурі межсоединений в багатьох випадках доцільно вести трасування таким чином, щоб відрізки провідників, що йдуть в поздовжньому напрямку, ставилися до одного шару структури, а йдуть в поперечному напрямку - до іншого. Таким чином, завдання трасування являє собою задачу знаходження сукупності не перетинаються між собою маршрутів в гратчастої структурі. Такий підхід дає можливість спростити алгоритм трасування. При цьому вимоги стандартизації говорять про те, що наскрізні отвори і висновки (точніше їх центри) повинні знаходитися в вузлах решітки. [1]