SP - UMEL - Vysoké učení technické v Brně

36 FEKT Vysokého učení technického v Brně4 Layout – tipy a techniky4.1 ÚvodV této kapitole se budeme zabývat vytvářením topologie čipu. Uvedeme několik technika tipů pro vytvoření konzistentního layoutu, který bude zabírat minimální místo na čipu azároveň nebude omezovat výkonnost funkčních bloků a obvodů. Obvykle převod návrhuelektrického obvodu do formy layoutu (fyzického obvodu) dělá layout inženýr (maskdesigner). Samozřejmě je nutné, aby podstatu a principy návrhu topologie chápal i návrhářobvodu a to hlavně z důvodu znalosti kritických míst převodu obvodového návrhu do layoutu.4.2 PlánováníPři vytváření layoutu komplexního obvodu je nutné vytvořit předběžný plán (rozvrh)rozmístění částí systému, podobvodů a propojení mezi nimi. Tento proces se nazýváplánování topologie čipu (layout planning, floorplannig). Pravděpodobně v průběhu projektuzjistíte, že nikoliv počet tranzistorů či jejich velikosti, ale spíše propojovací cesty (routing)mezi funkčními bloky určují plošnou náročnost layoutu. Dobře připravený plán topologie čipuminimalizuje plochu potřebnou pro vedení sběrnic a propojování bloků a také zjednodušujekomplexnost propojování.Jedno z prvních a nejdůležitějších rozhodnutí při vytváření plánu topologie čipu jerozhodnutí ohledně využití vrstev metalů (propojovacích vrstev). Máme konečný početmetalových vrstev a každá vrstva má své specifické vlastnosti (charakteristiky). Příklademmůže být polykrystalický křemík (polySi), který má poměrně vysoký elektrický odpor, alepřesto může být v některých případech využit pro krátké propojky, hlavně pokud jde opropojení hradel jednotlivých MOS tranzistorů. Metal 1 (M1) je poměrně tenkou vrstvous dobrou vodivostí a je poměrně snadno dosažitelný od povrchu wafferu. Z těchto důvodů jevýhodný zvláště pro lokální propojování. Metal 2 (M2) má často ještě nižší rezistivitu(obvykle je tlustší nebo širší) než M1, ale je hůře dostupný a vyžaduje větší minimálnívzdálenosti (spacing). Např. připojení M2 na hradlo MOS tranzistoru vyžaduje prostor procontact, via a dále potřebuje „kontaktní“ plochy vrstev M1, M2 a polySi (tyto kontaktníplochy musí obklopovat vias a kontakty a jsou vždy širší než minimální velikosti šířekpříslušných vrstev). Z těchto důvodů je v technologii s 2 metalovými vrstvami M2 využita proglobální propojovací síť. Vyšší vrstvy metalů, které jsou běžné v dnešních moderníchtechnologiích, jsou často rezervovány pro propojky na větší vzdálenosti a globální signály,které vyžadují cesty s velmi nízkou rezistivitou (rozvod hodinových signálů, síť napájení).Při plánování globálních routovacích cest se často používá pojmů kanál (channel) acesta, spoj (track). Kanály jsou na čipu volná místa mezi funkčními jednotkami systému nebofunkčními bloky (v případě jednodušších čipů), které se využívají pouze pro rozvod signálů,sběrnic a napájecích vodičů. Často mají z důvodů vedení dlouhých sběrnic velmi protáhlýobdélníkový tvar. Protože je v kanále velmi mnoho metalových vrstev využito pro vedenísignálů, je prakticky nemožné umístit do těchto oblastí jiné struktury (MOS tranzistoryapod.). Návrh vedení signálů a sběrnic v kanálech je prováděn zpravidla automaticky.Routovací cesty jsou používány pro organizaci a zjednodušení vedení a propojování signálů vrámci topologické buňky (layout cell, funkční blok) a nad ní (pokud je ve vícemetalové