Posicionamento global de células em circuitos VLSI

Abstract

O posicionamento de células é a etapa da síntese automática de circuitos integrados responsável por determinar a localização das células na área do circuito. Como o posicionamento de células pertence a classe de problemas NP-Completo, é impossível obter a solução ótima em um tempo computacional razoável mesmo para instâncias com algumas poucas dezenas de células. Atualmente, os circuitos têm centenas de milhares a milhões de células, portanto, a medida que a tecnologia avança, torna-se imprescindível o desenvolvimento de novas heurísticas que sejam capazes de gerar soluções melhores, visto que a qualidade do posicionamento afeta fortemente o desempenho do chip, a área, consumo de energia e distribuição de calor. O problema de posicionamento é tradicionalmente dividido em três estágios: posicionamento global, legalização e posicionamento detalhado. O objetivo do posicionamento global é espalhar as células pela área do circuito enquanto otimiza o comprimento das conexões, congestionamento, entre outras métricas. Ainda, são permitidas sobreposições entre as células e não há a tentativa de alinhá-las nas bandas de posicionamento. Nesse trabalho é feito um estudo sobre o problema de posicionamento global e a implementação de uma ferramenta de posicionamento global. Para a implementação, foi proposto um algoritmo analítico quadrático que utiliza o modelo híbrido de conexões para construir o sistema linear, e para fazer o espalhamento das células pela área do circuito, foi utilizada a técnica Look-Ahead Legalization do algoritmo SimPL.

Placement is the step of the automatic synthesis of integrated circuits responsible for determining the location of cells in the circuit area. Since placement belongs to the class of NP-Complete problems, it is impossible to obtain the optimal solution in a reasonable computational time even for instances with a few dozen of cells. Nowadays, the circuits have hundreds of thousands to millions of cells, thus as the technology advances, it becomes necessary to develop new heuristics that are able to produce better solutions, since the quality of placement strongly affects the chip performance, area, power consumption and heat distribution. The placement problem is traditionally divided into three stages: global placement, legalization and detailed placement. The goal of global placement is to spread the cells of the chip area while optimizes the wirelength, congestion, among other metrics. Yet, overlaping among cells are allowed and there is not any attempt to align them on the placement rows. In this work, it is done a study about the global placement and the development of a global placement tool. It has been proposed an analytical quadratic algorithm that uses the hybrid net model to build the linear system and the Look-Ahead Legalization technique of SimPL to spread the cells on the chip area.