北京大学：《集成电路原理与设计 Principle of Integrated Circuits》课程电子教案（数字集成电路原理与设计）chap8 第八章 VLSI设计方法

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Generated by Foxit PDF Creator Foxit Soft ttp//www.foxitsoftware.comForevaluation 电路设计 电路设计就是完成满足一定约束条件的 可以正确实现某种功能的电路产品 约束条件: 速度 面积 功耗 ■可靠性 可测性

2 电路设计  电路设计就是完成满足一定约束条件的、 可以正确实现某种功能的电路产品  约束条件：  速度  面积  功耗  可靠性  可测性。。。 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Soft ttp//www.foxitsoftware.comForevaluation 集成电路的设计过程 ■现代ⅥSI的设计过 程是一个从抽象到 Abstraction 具体的过程 ■抽象的目的是提高 Conception 设计层级,提高设 Validation 计能力 ■设计的过程就是逐 Implementation 步对高层级的抽象 Fabrication 设计向低层级的设 计进行映射的过程 Detail

3 集成电路的设计过程  现代VLSI的设计过 程是一个从抽象到 具体的过程  抽象的目的是提高 设计层级，提高设 计能力  设计的过程就是逐 步对高层级的抽象 设计向低层级的设 计进行映射的过程 ConceptionConception ValidationValidation Abstraction Detail ImplementationImplementation FabricationFabrication Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software ttp//www.foxitsoftware.comForevaluationonly 具体表现形式 抽象级 抽象程度复杂程度 设计要求的文本描述系统级 设计层级 可执行的程序 行为 时序状态机 RL级 面对设计规模的挑战人逻[逻级 们需要提高设计层级来管电级 有效的完成 多边形 版图级 Divide and conquer 口口囗口口□,压点 层次化和模块化有助于 设计分工、管理和重复 利用

4 设计层级  面对设计规模的挑战人 们需要提高设计层级来 有效的完成  Divide and conquer  层次化和模块化有助于 设计分工、管理和重复 利用 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software ttp//www.foxitsoftware.comForevaluationonly 集成电路的 设计层级 最早的IC设计在 最底层完成,即 SYSTEN 根据版图数据 工掩模版,然后 利用掩模版进行 MODULI 半导体加工 当时的IC设计人 GA 员同机械和建筑 CIRCUT 设计人员类似, 用直尺和坐标纸 DEVICE 工作

5 集成电路的 设计层级  最早的IC设计在 最底层完成，即 根据版图数据加 工掩模版，然后 利用掩模版进行 半导体加工  当时的IC设计人 员同机械和建筑 设计人员类似， 用直尺和坐标纸 工作 SYSTEM GATE CIRCUIT Vin Vout MODULE + DEVICE n + S D n+ G Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwa SYSTEM 集成电路的 MODULE 设计层级 GATE CIRCUIT out DEVICE 当集成电路规模增加以后,手工计算无法对 大规模的电路进行有效和准确的设计 70年代,IC设计进入电路级设计,即通过对 器件建模,完成器件的抽象 ■电路级设计通过利用晶体管搭建电路原理图, 利用 spICe工具进行优化设计,然后对优化后 的电路完成版图设计

6 集成电路的 设计层级  当集成电路规模增加以后，手工计算无法对 大规模的电路进行有效和准确的设计  70年代，IC设计进入电路级设计，即通过对 器件建模，完成器件的抽象  电路级设计通过利用晶体管搭建电路原理图， 利用spice工具进行优化设计，然后对优化后 的电路完成版图设计 SYSTEM GATE CIRCUIT Vin Vout MODULE + DEVICE n + S D n + G Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwa SYSTEM 集成电路的 MODULE 设计层级 GATE CIRCUIT 集成电路特别是数字电路的 out 规模继续增加以后 DEVICE Spice工具对较大规模电路的仿真 能力有限 手工版图设计对大规模电路设计 时间很长 人们把数字电路描述成布尔逻 辑,把实现某个布尔逻辑的电 路称为门电路 利用逻辑仿真可以对门级数字电 路进行验证 利用可重复使用的标准单元库可 以快速完成版图设计 ■逻辑级设计避免了 spIce仿真, 简化了手工版图

7 集成电路的 设计层级  当集成电路特别是数字电路的 规模继续增加以后：  Spice工具对较大规模电路的仿真 能力有限  手工版图设计对大规模电路设计 时间很长  人们把数字电路描述成布尔逻 辑，把实现某个布尔逻辑的电 路称为门电路  利用逻辑仿真可以对门级数字电 路进行验证  利用可重复使用的标准单元库可 以快速完成版图设计  逻辑级设计避免了spice仿真， 简化了手工版图 SYSTEM GATE CIRCUIT Vin Vout MODULE + DEVICE n + S D n + G Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Softwa SYSTEM 集成电路的 MODULE 设计层级 GATE CIRCUIT ■随着计算机技术的发展, out DEVICE 大规模的数字IC设计依靠 设计工具来辅助完成 硬件描述语言取代了原理图 输入 逻辑仿真取代了 spIce仿真 逻辑综合和自动布局布线工 具完成设计实现 LS设计进入RL(行为包是 和结构)级

8 集成电路的 设计层级  随着计算机技术的发展， 大规模的数字IC设计依靠 设计工具来辅助完成  硬件描述语言取代了原理图 输入  逻辑仿真取代了spice仿真  逻辑综合和自动布局布线工 具完成设计实现  VLSI设计进入RTL（行为 和结构）级 SYSTEM GATE CIRCUIT Vin Vout MODULE + DEVICE n + S D n + G Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Soft SYSTEM 集成电路的 MODULE 设计层级 GATE CIRCUIT 进入21世纪,面 DEVICE 向系统级应用的 千万门级设计的 S/W Reconfigurable 数据计算量使得 PCB ROM FPGA 设计层级需要进 MPE ATM ROM 步提高 SoC是基于IP的设 Reconfigurable 计,是系统级的 uP Core A/D Block VLSI设计 MPEG ATM ROM Glue Logic

9 集成电路的 设计层级  进入21世纪，面 向系统级应用的 千万门级设计的 数据计算量使得 设计层级需要进 一步提高  SoC是基于IP的设 计，是系统级的 VLSI设计 SYSTEM GATE CIRCUIT Vin Vout MODULE + DEVICE n + S D n + G uP FPGA MPEG ASIC ATM ROM ROM S/W Reconfigurable S/W PCB SOC uP Core SRAM ROM MPEG ATM ROM FPGA Glue Logic A/D Block Reconfigurable Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Soft ttp//www.foxitsoftware.comForevaluation 设计层级与设计方法 面对设计规模的挑战人们需 要提高设计层级来有效的完 SYSTEM 成( Divide and conquer) 高层级的设计采用更多的抽 MODULE 象,设计数据减小,从而可 GATE 以支持更大规模的设计 CIRCUIT 设计方法是同设计层级对应 DEVICE 的流程

10 设计层级与设计方法  面对设计规模的挑战人们需 要提高设计层级来有效的完 成（Divide and conquer）  高层级的设计采用更多的抽 象，设计数据减小，从而可 以支持更大规模的设计  设计方法是同设计层级对应 的流程 SYSTEM GATE CIRCUIT Vin Vout MODULE + DEVICE n + S D n + G Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only