基于Calibre 工具的系统级芯片物理验证

编者按：随着芯片集成度和规模的不断提高，在设计的各个层次上所需运行的验证也相应增多，DRC和版图与电路图(LVS)的对比检查变得越来越重要，它对于消除错误、降低设计成本和减少设计失败的风险具有重要作用，本文介绍了基于Calibre工具的DRC和LVS验证方法。

一般地说，SoC芯片中包含了几个乃至几十个IP核。在本文提到的系统级芯片(SoC)中，除了采用了三个厂家的IP硬核外，还自行设计开发了十余个IP硬核。在SoC芯片开发的实际商业运作中，设计方购买的是IP硬核在一个产品中的使用权。IP硬核提供商为了保护自己的版权，通常不会将其IP硬核的物理版图用GDSII格式交给用户。他们所提供的只是IP硬核的几个框图和引出端的位置和属性。这就带来一个问题，在进行SoC芯片的版图设计验证时，最重要的问题是验证工具必须能让用户进行“层次化”验证。即用户可以把他们完成版图设计后的SoC分成若干模块或者区域，对他们进行多层次的验证。

在集成电路从ASIC进入到SoC阶段(当然在SoC阶段中ASIC还是会存在下去的)的时候，这种可以进行“层次化”版图验证的工具就显得十分必要。甚至可以说，不具备“层次化”验证功能的工具，是无法用于SoC芯片的版图设计验证的。本文首先介绍Calibre软件所具备的“层次化”验证功能，然后说明其在对SoC芯片进行版图设计验证时就所发挥的作用。

Calibre DRC简介

目前，Calibre 工具已经被众多设计公司、单元库和IP开发商、晶圆代工厂采用为深亚微米集成电路的物理验证工具。Calibre具有先进的分层次处理功能，是唯一能在提高验证速率的同时，可优化重复设计层次化的物理验证工具。

Calibre DRC用于版图的设计规则检查，具有高效能、高容量和高精度，还具有足够的弹性，即便是系统芯片包含有设计方法差异极大的模拟与数字电路，也可以方便地进行验证。具体表现在以下几个方面：

(1) 检查内容丰富准确：既包括简单的DRC规则检查，如宽度、间距、包含关系等的检查，又包括一些复杂的DRC 检查，如天线规则、电流流向规则和导线密度规则等。本公司所设计的SoC为数模混合电路，采用Calibre DRC除进行了宽度、间距、包含关系等简单的DRC检查外，也进行了一些复杂的DRC检查。其结果得到了TSMC等代工厂的认可。

(2) 文件运行方式可选：运行DRC文件时，可以采用命令行的方式，也可以采用图形界面方式， Calibre Interactive-DRC是Mentor Graphics公司推出的Calibre物理验证的新版本(Calibre Interactive)，它已作为Cadence Design Systems公司全定制设计环境Virtuoso的插件。现在，Virtuoso的用户能够直接从Virtuoso中调用 Calibre Interactive进行工作。对于规模较小的版图应用Interactive非常方便而且直观的图形化接口便于初学者使用。 在我们的项目开发过程中，同时用到了这两种方式。对于全定制版图，经常要选用图形界面工具Calibre Interactive-DRC，对于自动布局布线出来的SoC版图，我们采用了命令行的形式，可以快速地得到DRC检查报告。

(3) 结果浏览快捷方便：通过Calibre RVE(Results Viewing Environment，验证结果视图环境)和版图编辑器分析DRC的结果进行查错, 准确快捷，一目了然。RVE可以指出出错类型和数目，使用Highlight命令可以直接标明版图中的出错地方(图2)，可以很方便地修正版图中的错误。无论是规模不大的模拟电路，还是大规模的SoC电路，其DRC检查都可以通过启动RVE，对照版图和分析DRC结果文件，可以快速修改错误或进行优化。

RVE能够同常见的版图环境实现自动整合，这些版图环境包括：Mentor Graphics的Calibre DESIGNrev和IC Station以及Cadence的Virtuoso和Seiko，Avant!的Apollo和Enterprise等工具。在我们的设计中使用的是Virtuoso。

(4) 多线程能力：Calibre的多线程技术(CalibreMT)提供多CPU环境下的杰出性能。Calibre几何划分版图层次化使之成为上千个独立的“线程”支持多处理器工作站或者服务器应用，每一个线程可以在独立的处理器上运行，这样的结构对性能的提高是巨大的。简单的“turbo”命令行选项就可以实现高性能的CalibreMT的调用，而不需要任何辅助文件或者设置约束信息的支撑。CalibreMT支持多CPU高度灵活的结构并且不会导致RAM的大量增加。

Calibre LVS简介

Calibre LVS是一个出色的版图与线路图对比检查工具，具有高效率、高准确度和大容量等优点。Calibre LVS不仅可以对所有的“元件”进行验证，而且还能在不影响性能的条件下，处理无效数据。主要表现在以下几个方面：

(1) 运行模式快捷方便：Calibre LVS 有两种运行模式，即命令行模式和界面模式(Calibre Interactive-LVS)。采用命令行模式可以快速输入控制命令，快速运行，其结果精确稳定。Calibre Interactive-LVS能够自动选择验证正被编辑的单元，并且能够选择所有的Calibre运行时间选项以及标准文件的规范。该验证技术，允许用户选择特定标准文件以及独立规则和规则组的任何子集。GUI可控制普通使用的LVS选项，并记录运行设置过程。当采用修改控制或冻结标准文件时，它可将运行配置数据传给Calibre。其界面友好，使用方便。我们在做LVS过程中，对于规模较小的模拟电路和数模混合电路，一般采用方便的图形界面模式(Calibre Interactive-LVS)进行对比检查，这样可以在启动RVE后，对照LVS结果文件和版图，将电路(或者网表)和版图直接对应起来检查，非常方便；对于大规模的SoC电路，由于命令行方式输入简单直接，运行速度更快，运行结果稳定精确，这次就采用了命令行方式来运行LVS，获得了极大的成功。

(2) 多种比较方式可选：Calibre LVS可以进行版图与电路图(layout vs shematic)和网表与网表(netlist vs netlist)的方式对比检查，还可以单独从版图提取网表。而且，通过v2lvs命令，可以将自动布局布线所产生的verilog网表转换成spice网表，然后与自动布局布线的版图进行对比，操作简单方便，结果精确。由此可见，可以根据不同需要，在LVS验证过程的不同阶段，灵活地选择比较方式，以获得最有效的运行和最佳的结果。

(3) 侦错方便快捷：当运行完LVS后，Calibre LVS会产生一个结果报告，明确指出出错类型和数目，并且可以对层次化中的每个模块都有一个完整的LVS报告，简单明了。这个报告还能明确指出短路(特别是电源和地短路的情况)、开路、浮空或孤立的nets、pin swapping以及软连接等问题。Calibre LVS还能产生一个详细的结果数据库，其中包括原理图网表、从版图抽取的网表、结果报告、版图中的器件及连接关系等。这样通过RVE来读取这些数据，就可以在版图和网表中准确地Highlight有错误的地方(图1)。

由此可见，Calibre LVS所产生的结果文件结构清晰，又可以通过RVE来准确定位，能有效地帮助用户快速地消除错误以降低设计风险，这在我们项目的开发过程中得到了完全的体现。由于时间紧迫，致使后端设计的时间相当紧张，正是Calibre LVS能准确无误、快速地查出短路、开路、浮空或孤立的网络、引脚、软连接等问题，还能很好地识别晶体管、门级电路和模块级电路，才使得我们按时地完成了百万门级的信息安全SoC的设计。

在反复使用Calibre LVS的图形界面的运行方式和命令行方式过程中，发现Calibre LVS图形界面的运行方式方便快捷，但是其稳定性不如命令行方式好，若能加以改进，则能进一步提高验证精准度。

本文小结

Calibre 工具作为ASIC特别是SoC的物理验证工具，正在成为设计公司的设计与半导体制造公司交接的标准框架。Calibre DRC和Calibre LVS使用方式灵活快捷，验证准确精度高，结果浏览一目了然； 加上Mentor Graphics公司能及时提供高水平的技术支持，从而可以快速地消除错误，降低设计成本，减少设计失败的风险。

作者：郁群慧

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北京宏思电子技术有限公司

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技术工程师

Mentor Graphics公司

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