レイアウト・フロアプラン革命、Innovus Mixed Placer
~ 次世代自動フロアプラン機能 Innovus Mixed Placerのご紹介~
チップサイズやマクロ配置などのフロアプランは、レイアウト設計者が手作業で作成して自動配置・配線ツールの入力データにすることが一般的です。しかし、プロセスの進化と共にデザインの大規模微細化、複雑化が進み、フロアプラン作業にかかる工数は多大なものになってきています。フロアプラン品質がデザイン品質に直結するため、レイアウト設計者への期待も大きく、大変なご苦労をされているという声が多く聞こえてきています。
今回、ケイデンスが満を持して開発・発表しましたInnovus™ Implementation Systemのオプション機能であるMixed Placerを用いることにより、何百・何千というハードマクロ(SRAMなど)を、配線混雑やPPA(Power-Performance-Area)を考慮し、高速にそして自動で配置できるようになりました。数々の設計事例にてフロアプラン工数削減のみならずPPAにおいても人手フロアプランをも凌駕する結果が続出しておりますので是非皆様に使っていただきたく、ご紹介させていただきます。
過去のフロアプランツールの問題点とフロアプラン作業の現状
現在Innovus™ Implementation Systemでサポートされているフロアプラン機能には、チップサイズ, ROW作成、マクロの配置編集機能、マクロ間配線リソースチェックおよび調整機能、マクロ間の位置関係を維持したチップサイズ変更機能など数多くの有益な機能が用意されています。それら多くの機能は、設計者が決めたマクロ配置をできるだけ簡単に作成できるようサポートする機能になります。また、すでにInnovusが有しているMaster Planではネットリスト構造やユーザ制約をもとにハードマクロをチップ(ブロック)の端にグルーピング、整列配置を自動で実行することができます。
手作業のフロアプラン作成においては、スタンダードセルの配線性などを考慮し、ハードマクロはなるべくチップ(ブロック)の端に配置し、スタンダードセル領域は中心付近に、なるべく正方形に近い形で作成するという設計者の経験値や従来の常識のもとに作成するケースが大多数を占めています。Master Planもこの手作業フロアプランに如何に近づけ、かつ短TATで作成するいうことをコンセプトにした自動マクロ配置機能になります。
しかしながら昨今のテクノロジーの進化に伴うデザインの大規模化や、デザインの複雑化に比例して、こうした既存のフロアプラン機能や手作業ではハードマクロ配置の工数も増加しフロアプランの品質向上のための工数は指数関数的に増えているのが現状です。
例えば、どのSRAMをグルーピングし、どの位置に配置するのが良いか、マクログループ間の間隔とスタンダードセル配置の関係、同じグループ内でもどのSRAMを一番奥に配置してどのSRAMを手前に配置するのが良いのかなど、全てのパターンを検証するのは現実的に不可能になってきています。
Mixed Placerのコンセプトと優位性
Mixed Placerのコンセプトは、人手フロアプランにいかに近づけるかというものではなく膨大な処理を短TATで実行できるツールの利点を生かし、ハードマクロとスタンダードセルを同時に配置させることで、タイミングや配線性などを考慮したうえで最適なハードマクロ配置とスタンダードセル配置を見出すことにあります。
図1にこのMixed Placerのコンセプトの一例を示します。左図のように従来の常識通りハードマクロをコアバウンダリに配置した場合、バウンダリ側にスタンダードセルの配置リソースを取れないため、このマクロ信号の総配線長は右図に比べて長くなります。数十~数百個のマクログループの場合を想像してみてください。マクロ間スペースを極力詰めて配線リソースとリピーターバッファ・インバーターのみの領域にした場合、奥にあるマクロほどタイミングパスの段数が伸びてタイミングも悪化します。Mixed Placerでは、右図のようにスタンダードセルと共にハードマクロの最適な配置を探索することで、配線長短縮、配線混雑回避と同時にタイミングパスの段数軽減によりタイミング向上も実現できます。
Mixed Placer適用事例
もちろん単にハードマクロとスタンダードセルを同時に配置するというだけでは実際のデザインで配置・配線後に良好なPPAを得ることはできません。Mixed Placerでは配置エンジンに特別な唯一無二のアルゴリズムを付け加えることで配置最適化・配線後でも配線長・配線混雑低減、良好なPPAを得るためのチューニングが施されています。
ここでMixed Placerの適用事例をご紹介します。図2はMixed Placerによる配置状況を示します。色分けは一部モジュール単位での配置状況を示します。
図2:Mixed Placerフロアプラン配置状況
Mixed Placerでは一見無秩序にハードマクロが配置されているように見えますが、外部ピン付近からはハードマクロを遠ざけて配線の障壁を軽減し、配線混雑が極力発生しない範囲でハードマクロおよびハードマクロ間にスタンダードセルを配置してきます。その結果、表1のようにタイミング、セル密度、配線混雑度、電力、配線長の全てにおいて人手フロアプランを凌駕する結果が得られています。人手フロアプランでは何週間もかかった結果に対して、Mixed Placerではこの結果を得るのに要した時間が数時間だったことも見逃せません。
表1:人手フロアプラン(Manual)とMixed PlacerフロアプランのQoR比較
次にもう1例、表2はPPA結果のみの紹介になりますが、こちらの例でもMixed Placerフロアプランのほうが人手フロアプランのPPAを凌駕する結果を得られています。
表2:人手フロアプラン(ref)とMixed Placerフロアプラン(MP)のQoR比較
Mixed Placerフロー
ここまでMixed Placerのコンセプトと有益性をご説明してきましたが、この章ではMixed Placerフローについてご説明します。Mixed Placerの実行方法は非常に簡単で“プッシュボタン”で実行できるようになっています。
図3にMixed Placerのフローチャートを示します。
図3:Mixed Placer Flow Chart
Innovusバージョン19.1では、タイミングがクリティカルではない大きめのマクロを自動判別、チップ(ブロック)バウンダリにパッキング、整列packing,を行いチップバウンダリ付近のデッドスペースを軽減しチップ中心付近のセル密度の軽減をする”自動パッキング機能“およびIOピンやブロックバウンダリピンもハードマクロ、スタンダードセルと同時に最適な位置に自動配置する機能も追加されています。
Mixed Placerの使い方は、フロアプラン作業の自動化促進というだけではなく、チップアプリケーションのデータフローを考慮した人手フロアプランとツールが最も効率的に配置配線できると導き出したフロアプランの差分を比較してMixed Placerにリージョンなどユーザ制約を追加して実行し、両者の融合を目指していただくことも設計効率を向上する1つの手段です。また、従来の常識にとらわれない、設計者では考えつかないようなマクロ配置を見出してくるため、Mixed Placerの初期配置を参考にして人手によるフロアプランの微調整を行っていくといった方法も有効になってきます。
また多電源デザインでは、Mixed Placerの配置位置を参考にして、パワードメインの領域を決めていただくという使い方も有効です。
まとめ
近年のデザインの大規模微小化、複雑化に伴うフロアプラン作業工数の低減、フロアプランの品質向上のため、Cadenceでは今までの常識を覆すマクロとスタンダードセルを同時に自動配置する機能として Mixed Placerを開発しました。
Mixed Placerをご使用いただくことで今まで数週間~数か月かかっていたフロアプラン作業を数時間~数日程度で完了でき、PPAに関しても人手フロアプランと同等以上の結果が期待できます。すでに様々なお客様からの適用事例もご報告いただいており、良好な結果のご報告も数多くいただいております。
今後より一層のお客様にMixed Placerをご使用いただきフロアプランの工数削減、レイアウトの品質向上、そしてトータルデザイン工期削減にお役立ていただければ幸いです。
フィールドエンジニアリング&サービス本部
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上野 嘉之
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