Nya hjälpmedel tar hänsyn till avancerade kretsars fysiska konstruktion tidigt i konstruktionsarbetet.

Cadence säger sig vara första med att förena syntes, placering och ledningsdragning.

Montereys nykomling presenteras som det första prototypverktyget för fysisk kretskonstruktion medan Synplicitys lansering sägs vara det första FPGA- verktyget för fysisk syntes.


Hur klarar man timingen i avancerade kretsar? Svaret ligger i att fläta samman syntes och layout. Det menar de verktygsleverantörer som erbjuder hjälpmedel i denna framväxande verktygsnisch. I samband med konferensen Date, Design automation and test Europe, som hölls i Paris i slutet av mars introducerade Cadence, Monterey och Synplicity varsitt bidrag i genren.

Det ökande intresset för verktyg som förenar logisk och fysisk konstruktion beror på att dagens kretskonstruktörer tvingas till tidsödande iterationer mellan syntes och layout för att klara timingkrav och signalintegritet.

Traditionellt sätt har länkarna mellan syntes och layout varit svaga, och syntesverktyg har beräknat timing med hjälp av statistiska modeller av ledarnas last, ett tillvägagångssätt som inte duger när kretsgeometrier närmar sig 0,25 μm och kretsarnas ledare - inte grindarna - står för lejonparten av fördröjningen.

För att minska antalet iterationer måste man då ta hänsyn till fysiska egenskaper som ledarresistanser och kopplingskapacitanser redan under syntesen.

Cadence nylanserade verktygsmiljö SP&R (Synthesis Place and Route) sägs vara marknadens första förenade system för syntes, placering och ledningsdragning. Företaget har valt att angripa problemet på två nivåer - SP&R består dels av syntesprodukten Ambit PKS som utökats med global ledningsdragning, dels av det nya hjälpmedlet Silicon Ensemble PKS (SE-PKS) som klarar placering och ledningsdragning såväl som syntes.



Verklig ledningsdragning


Ambit PKS är ett så kallat fysiskt syntesverktyg, som förutom grindnivånätlistor även genererar timingkrav och fysiska krav till efterföljande placerings- och ledningsdragningsverktyg. Det nya är att PKS nu integrerats med ledningsdragningshjälpmedlet Silicon Ensemble Wroute som utför en "verklig" global ledningsdragning. Tack vare Wroute kan verktyget enligt Cadence uppskatta timingen med en noggrannhet som ligger inom 3 till 5 procent av vad den slutgiltiga timingen blir.

Cadence betonar ordet verklig med tydlig adress till konkurrenten Synopsys, vars fysiska syntesverktyg Physical Compiler också utnyttjar global ledningsdragning. Men Cadence trycker på att PKS inte endast gör uppskattningar av ledningsdragningen; det rör sig om en ledningsdragning som faktiskt utnyttjas av layoutverktyget, alltså SE-PKS, som sedan gör den fullständiga placeringen och ledningsdragningen.

Konstruktörer som använder ett placerings- och ledningsdragningsverktyg som inte är av Cadence fabrikat kan emellertid inte utnyttja Ambits PKSs globala ledningsdragning.



Kan användas separat


Den andra lanseringen SE-PKS består av Silicon Ensemble, ett verktyg för placering och ledningsdragning, som utökats med syntes- och optimeringsfunktioner från Ambit PKS.

SE-PKS kan antingen användas tillsammans med Ambit PKS, och fördelen är då att de båda verktygen utnyttjar samma algoritmer för syntes, placering, ledningsdragning och timingberäkning vilket minskar risken för avvikelser.

Ett annat alternativ är att låta SE-PKS layouta nätlistor som genererats av något annat syntesverktyg. SE-PKS förbättrar då nätlistan med diverse optimeringstekniker, och undviker samtidigt problem med signalintegritet. Rent teoretiskt skulle SE-PKS faktiskt kunna klara även syntesarbetet, men det är inte en arbetsgång Cadence förespråkar.

Även Monterey Design passade på att introducera att fysiskt verktyg under Dateveckan. Nytillskottet heter Sonar och beskrivs som marknadens första prototypverktyg för fysisk kretskonstruktion. Tanken är att konstruktörer ska kunna analysera och optimera en nätlista innan man tar itu med detaljerad placering och ledningsdragning med hjälp av Montereys verktyg Dolphin.

Sonar utgår från grindnivånätlista och kravfiler och påbörjar layouten så att timingen kan förutsägas noggrant, enligt företaget. Användaren hittar därefter konstruktionens problemområden genom att betrakta grafer som visar var timingkraven inte klaras och kartor som visar överlastade ledare. Därefter kan man testa olika alternativ, så kallad what-if-analys, för att minska kiselyta och öka hastigheten. Nätlistan förbättras antingen genom att man lägger till buffertar och ändrar cellstorlekar eller gör mer genomgripande förändringar som att välja nya byggblock ur teknikbiblioteket.



Fysiskt för FPGA


Syntesföretaget Synplicity kom till Date med Amplify Physical Optimizer, ett verktyg som presenteras som marknadens första fysiska syntesverktyg för programmerbara logiska kretsar. Och visst känner även FPGA-konstruktörer av snabbt ökande grindantal och timingkrav i sina konstruktioner. Amplify klarar visserligen inte placering, vilket är en grundläggande funktion hos fysiska syntesverktyg för asicar. Men verktyget sägs ändock förbättra kretsens timing med upp till 40 procent genom att inkludera fysiska randvillkor (constraints) i syntesen.

Amplify bygger på Synplicitys syntesverktyg Synplify och har ett grafiskt användargränssnitt där konstruktören kan mata in krav. Timingkrav matas innan på registernivå medan fysiska krav anges efter att VHDL- eller Verilogkoden kompilerats. Sedan tar nya algoritmer för fysisk syntes över och förbättrar kretsens prestanda exempelvis genom att automatiskt skapa logiska kopior och flytta register från ett block till ett annat (tunneling). Den ursprungliga VHDL- eller Verilogkoden förblir intakt.

Hjälpmedlet stöder i dagsläget endast Xilinx kretsfamiljer Virtex- och Virtex-E samt Alteras Flex 10k-serie.

Charlotta von Schultz

Cadence har kontor i Stockholm. Synplicity representeras av Hardi Electronics i Malmö, www.hardi.se. Monterey har ingen svensk representant, nås via www.montereydesign.com.