使用Cadence工具完成數模混合設計流程簡介

眾所周知，Cadence的Virtuoso是模擬設計領域的核心工具，市占率達到75%，隨著近些年來Cadence在數字版圖設計（APR）領域的崛起，invs，PVS等一眾工具也都成了很多公司的首選后端流程工具。依照強強聯合的邏輯，將數模實現工具進行協同部署看起來就是那么的水到渠成，這里就以OA數據為起點，簡單介紹一下MSOT的簡單流程。閑言少敘，ICer GO！
在這里插入圖片描述
通常而言，數據交互是跨工具的主要問題，所以常用的LEF/DEF/V/UPF/SDC etc.便成為了數字流程的主要交互文件，但是對于Virtuoso，由于是模擬的設計理念，上述的方法不是很合適，這里就需要引入Cadence的**OA（OpenAccess）**數據平臺。

數模混合設計（Mixed-Signal Design）概略

從Virtuoso IC61開始，數據都是以OA為數據保存格式的，尤其到了OA2.2，已經可以實現很多公司/工具的數據互通， 包括Synopsys，mentor，TSMC等大廠的工具，譬如S家的Laker就可以和C家的virtuoso通過OA做數據互通；Calibre也可以打開Virtuoso的OA數據庫等。

類似的，innovus也提供OA數據創建、讀取和存儲，這樣就可以實現innovus和virtuoso的數據溝通。有了這種數據溝通，就可以解決一定的芯片設計需求。

對于現代的MS（mixed-signal）的芯片設計無外乎以下兩種設計方法：

  • Ad（大數小模，下左圖）結構：virtuoso 做top-design，頂層以及大部分工作在virtuoso完成，剩余的一小部分digital在innovus完成，兩者通過OA協同，最后使用virtuoso 完成TO

  • Da（大數小模，下右圖）結構：innovus做top-design，頂層以及大部分工作在innovus完成，剩余的一小部分analog在virtuoso完成，兩者通過OA協同，最后使用innovus 完成TO

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如果，對于模擬數字交融的更為深入的情形，那么無論是使用vitruoso還是innovus完成最終的TO，二者都可以在數據的任何階段進行交互（PS：top的流程需要在項目初期定義完成，避免反復迭代）。基于此Cadence提出了（MSOT）的流程理念，這樣可以進一步淡化/模糊數模邊界，對于一個完整的設計也可以相對比較靈活，Cadence相信這樣可以更有利于設計的實現效果：

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所以，無論是上述Da，Ad抑或MSOT，這個流程都需要對virtuoso和innovus兩個工具使用統一的設計數據平臺：OA數據。從不同的工具角度去看，OA數據也有些微的差異：

  • 下左圖：virtuoso工具對于設計庫的需求（PDK）：techdb, techfile.tf，pcell etc.

  • 下右圖：virtuoso工具對于設計庫的需求（LEF）：techlef，std-cell lef ，macro lef

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OA DB 的創建和使用

如上所述，如果一個OA可以包含PDK和所有庫的LEF，那么就可以在virtuoso兩個工具在做平滑切換。這里有一個點要明確，對于virtuoso通常關注在模擬設計、版圖和仿真。而innovus需要關注的更多的是place，CTS和route，這個可能會在除去基礎的OA外用戶需要額外關注的。

綜上Cadence給出的解決方案就是：MSOA PDK （MixedSignal OpenAccess Process Design Kit ），這個OA的數據結構是包含了上述virtuoso和innovus兩者都需要的東東。

  • Foundry rules (from PDK)
    • DR: default routing rules
    • Spacing/pitch/width
  • Tech LEF：
    • NDR: none default routing rules
    • Antenna
  • Std-cell LEF
  • IP LEF

Cadence提供一個流程幫助用戶在innovus里邊創建OA數據庫，來作為數據的起點（PS：類似的用戶也可以在virtuoso作為數據起點）

OA庫通常是由三個部分組成（從底到頂的次序）

  • Technology DB：工藝相關的rule，layer等信息
  • Library DB： IP/pcell/std-cell等基礎設計單元和對于的view管理
  • Design DB：原理圖，版圖，網表等

考慮到工作數據維護的便利性，OA提供了refLib的理念，這個refLib通常只囊括工藝（technology）相關的信息，對于實際的設計庫，用戶可以對其進行對應的設計（design）和基礎設計單元（library）的添加和維護。可以簡單理解refLIb就是basic OA，設計的OA都可以將以這個refLib作為起點。

這里呈現一個以innovus為數據起點的簡化版的OA lib常見流程。依照上述講解，一個OA的lib的創建至少是需要兩個步驟的。具體流程見下圖：

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  1. 打開任意一個已經完成init design的invs數據庫
restoreDesign DBS/design.init.enc.dat design
  1. 導出OA tech file

這個可以理解為將invs的tech.lef轉換成virtuoso的的基礎技術文件：techfile.tf ，但是由于invs是一個簡化的設計環境（相較模擬設計而言），所以這里的數據量會較少，但是使用這個的好處是，用戶不用去花費大量的時間去解決techfile.tf和tech.lef的沖突。

write_oa_techfile oa.tf
  1. 創建OA的reference lib

基于上述的oa.tf創建的reference lib，可以理解為一個帶入了fab設計規則OA lib

techLoadDump -l -createLib oa.ref.lib oa.tf

基于OA系統數據規則，任何對于OA lib的創建都會在當前目錄下的cds.lib添加OA lib的信息，如果cds.lib文件不存在則會自動重建。（PS：由于virtuoso和invs在調用OA lib的時候，都會使用這個文件，不建議手動修改/移除這個文件，）

# file cds.lib
# indication libname libpath 
DEFINE oa.ref.lib oa.ref.lib
  1. 準備LEF文件

在一個完成init_design的invs數據庫中，是可以方便的管理所有的LEF文件的。包括tefh.lef。所以invs提供了一個簡單的命令，可以將LEF分類別導出

# dump tech LEF
write_lef_library -tech_only tech.lef 
# dump ALL IP/std-cell/antenna LEF
write_lef_library -macro_only macr.lef
  1. 創建OA lib

有了上述的結果，此處可以創建OA lib了，此處分兩步

  • 基于OA ref lib創建design的OA lib
lef2oa	-pnrLibDataOnly \-lef tech.lef \-techRefs oa.ref.lib \ -lib design.oa.basic.lib
  • 基于macro LEF 對OA lib進行增量調整
lef2oa 	-lef maco.lef \-lib design.oa.basic.lib

這里創建了新的OA lib，所以cds.lib就會增加一個條目

# file cds.lib
# indication libname libpath 
DEFINE oa.ref.lib oa.ref.lib
DEFINE design.oa.basic.lib design.oa.basic.lib

到此design的OA lib就創建好了，這個OA lib和DBS/design.init.enc.dat相比，除過沒有實際的design（netlist）外，其他的fab、tech、IP等信息是完全一致的。

用戶可以把這個OA DB作為一個新的起點，對實際的設計進行導入，就可以完成design OA lib的部署：

Note：由于cds.lib的控制，下面的動作需要和上述命令在同一目錄下：

使用OA數據庫構建floorplan：

1：配置basic OA lib

set init_oa_ref_lib design.oa.basic.lib

2:配置netlist

set init_verilog design.dc.v

3：配置top cell name

set init_top_cell design

4：配置mmmc

set init_mmmc_file design.viewDefinition.tcl

5：初始化design

init_design

6：導入floorplan DEF

defIn design.fp.def

7: 用OA數據結構保存數據: {lib_name top-cell view}

saveDesign -cellview {design.oa.floorplan.lib design floorplan}

同樣，cds.lib再一次添加了新條目

# file cds.lib
# indication libname libpath 
DEFINE oa.ref.lib oa.ref.lib
DEFINE design.oa.basic.lib design.oa.basic.lib
DEFINE design.oa.floorplan.lib design.oa.floorplan.lib

在invs里邊，打開OA數據庫，并完成place

1：打開floorplan OA 數據庫

restoreDesign -cellview {design.oa.floorplan.lib design floorplan}

2：完成place

place_opt_design

3: 保存place數據庫

saveDesign -cellview {design.oa.floorplan.lib design floorplan}

cds.lib再次加入一個新的條目

# file cds.lib
# indication libname libpath 
DEFINE oa.ref.lib oa.ref.lib
DEFINE design.oa.basic.lib design.oa.basic.lib
DEFINE design.oa.place.lib design.oa.place.lib

這里對同一個OA DB（design.oa.place.lib）分別使用invs和virtuoso打開，作為跨工具工作的一個注腳

在這里插入圖片描述

這里以invs數據庫為起點，完成一個OA lib的創建，這個和Traditional MSOA PDK相比，少了tech rule （techfile.tf , 通常來自于PDK）的帶入，簡化的原因是由于tech.lef和techfile.tf通常有一些沖突/差異，其他的步驟都是一樣的。完整的Traditional MSOA PDK如下，可以作為參考理解其中的原理

在這里插入圖片描述

到此，用戶已經使用OA的數據庫完成了在invs里邊的place步驟，此時用戶如果需要，這個OA數據是可以直接傳遞給virtuoso（或者laker）用戶，完成后續的和模擬相關設計動作，然后可以再次返回invs進行后續的處置。用戶可以根據實際情況基于同一數據庫靈活選擇設計工具，從而推進Da或者Ad的設計。感謝Cadence的偉大創舉，感謝OA平臺，打通了數模設計的數據平移。

【敲黑板劃重點】

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基于OA數據庫，發揮innovus和virtuoso的工具優勢和特長，打破數模設計的阻隔，發揮不同工具的優勢，完成芯片設計的訴求。

參考資料

Cadence Mixed Signal (MS) Interoperability Guide

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