Innovus LAB10-1 Placement 笔记整理版

1. 本章目标

本节主要练习 Innovus 中的 placement 流程：

导入设计与 floorplan
  ↓
查看 / 设置 place mode
  ↓
读入 scan DEF
  ↓
执行 placement 优化
  ↓
分析 density 和 routing overflow
  ↓
查看 scan chain
  ↓
保存设计

核心目标：

跑通 placement；
理解 placement 前读入 scan DEF 的作用；
学会查看 placement 后的 density / routing overflow；
掌握 scan chain DEF 的读入与写出；
掌握保存与恢复设计的方法。

2. 导入设计和 Floorplan

前面 lab 已经完成过设计和 floorplan 的导入，本节是在已有设计基础上继续做 placement。

导入完成后的界面示意如下：

3. 查看 Place Mode

加载好设计和 floorplan 后，先查看当前 placement 设置。

命令

1	getPlaceMode

作用：

查看当前 Innovus 中所有 placement 相关设置。

工具会输出当前的 place mode 参数：

其中很多选项是工具默认值，不需要全部背下来，常用选项在项目中慢慢积累即可。

例如：

1	place_global_timing_effort = medium

表示工具在 global placement 阶段优化 timing 的力度是中等。

如果设计 timing 较紧，可以考虑提高优化强度：

1	setPlaceMode -place_global_timing_effort high

4. Scan DEF 读入

如果综合或 DFT 阶段写出了 scan chain 的 DEF 文件，可以在 placement 前读入。

命令

1	defIn scan_input.def

作用：

在 placement 前读入 scan chain 信息，让 Innovus 知道 scan chain 的结构和顺序。

示意图：

5. Scan 与 Scan DEF 简要理解

5.1 Scan 是什么？

scan 是 DFT（Design For Test，可测性设计）中的技术，用于提高芯片制造后的可测试性。

普通寄存器加入 scan 功能后，可以被串成扫描链：

1	scan_in → scan flop1 → scan flop2 → scan flop3 → scan_out

这样测试机可以：

通过 scan_in 控制内部寄存器状态；
通过 scan_out 观察内部寄存器结果。

5.2 Scan Chain 的两个核心能力

能力	含义
可控性 Controllability	通过 `scan_in` 控制内部寄存器
可观测性 Observability	通过 `scan_out` 读出内部寄存器

测试流程可以简单理解为：

1. 打开 scan enable，进入 scan 模式
2. 从 scan_in 移入测试向量
3. 关闭 scan enable，切回功能模式
4. 打一拍功能时钟
5. 再打开 scan enable
6. 从 scan_out 移出结果
7. 和期望值比较

5.3 Scan DEF 是什么？

scan_input.def 是一个保存 scan chain 信息的 DEF 文件。

它主要记录：

设计中有几条 scan chain；
每条 scan chain 的入口 scan_in；
每条 scan chain 的出口 scan_out;
每条 scan chain 经过哪些 scan flop；
scan flop 的连接顺序；
哪些 segment 可以 reorder，哪些顺序固定。

5.4 为什么 placement 前要读入 Scan DEF？

Placement 阶段会决定 standard cell 和 scan flop 的物理位置。

如果提前读入 scan DEF，Innovus 就可以知道：

1 2	哪些 flop 属于同一条 scan chain； scan flop 之间的连接顺序是什么。

这样工具可以在摆放时优化 scan 线：

减少 scan 线长度；
减少 scan 线来回穿越芯片；
降低 routing congestion；
改善后续 routing 质量；
便于后续 scan chain reorder。

6. `scan_input.def` 常见字段

6.1 `SCANCHAINS`

1	SCANCHAINS 2 ;

表示设计中有 2 条 scan chain。

6.2 `START PIN`

1	+ START PIN scan_in_1

表示该 scan chain 的输入端口是 scan_in_1。

6.3 `STOP PIN`

1	+ STOP PIN scan_out_1 ;

表示该 scan chain 的输出端口是 scan_out_1。

6.4 `( IN SI ) ( OUT Q )`

1	DTMF_INST/SPI_INST/bit_cnt_reg_0 ( IN SI ) ( OUT Q )

含义：

字段	说明
`DTMF_INST/SPI_INST/bit_cnt_reg_0`	scan flop 实例名
`IN SI`	scan 输入端是 `SI`
`OUT Q`	scan 输出端是 `Q`

可以理解为：

1 2	前一个 scan cell 的 Q → 当前 scan cell 的 SI 当前 scan cell 的 Q → 下一个 scan cell 的 SI

6.5 `FLOATING` 和 `ORDERED`

关键字	含义
`FLOATING`	scan cell 顺序可以由后端工具根据物理位置优化
`ORDERED`	scan cell 顺序已经指定，工具应尽量保持

7. 写出 Scan Chain DEF 文件

如果需要从当前 Innovus / Encounter 数据库中写出 scan chain 信息，可以使用：

1	defOutBySection -noNets -noComps -scanChains scan.def

参数含义：

参数	作用
`defOutBySection`	按 DEF section 导出内容
`-noNets`	不导出普通 net
`-noComps`	不导出普通 component / cell
`-scanChains`	只导出 scan chain 信息
`scan.def`	输出文件名

该命令生成的不是完整 DEF，而是只包含 SCANCHAINS 信息的 DEF 片段。

8. 执行 Placement

命令

1	place_opt_design

作用：

执行 placement，并在 placement 阶段做一定的 timing / congestion 优化。

执行完成后，可以从 log 中查看 placement 结果，例如 density、routing overflow 等。

Placement 后示意图：

9. 查看 Scan Chain 连接

可以在图形界面中高亮 scan chain：

1	Place → Display → Scan Chain

选择某条 scan chain，例如 scan1，工具会显示扫描链连接路径。

示意图：

作用：

查看 scan chain 是否连接正确；
观察 scan chain 是否绕线过长；
判断是否需要 scan chain reorder；
观察 scan chain 对 congestion 的影响。

10. Placement 结果分析

示例结果：

1 2	Density: 48.590% Routing Overflow: 0.02% H and 0.01% V

10.1 Density

1	Density: 48.590%

表示布局密度 / 单元利用率约为 48.59%。

可以理解为：

1	标准单元面积 / 可放置区域面积 = 48.590%

这个密度不算高，说明当前 placement 比较宽松，后续 routing、buffer 插入、CTS 和 ECO 还有一定空间。

10.2 Routing Overflow

1	Routing Overflow: 0.02% H and 0.01% V

Routing Overflow 表示布线资源不够用的比例。

简单理解：

1	需要走的线数量 > 可用 routing track 数量

就会产生 overflow。

10.3 H 和 V 的区别

符号	含义	对应方向
`H`	Horizontal	水平方向布线资源
`V`	Vertical	垂直方向布线资源

示意：

H：水平方向
←────────────→

V：垂直方向
      ↑
      │
      ↓

示例中：

1	0.02% H and 0.01% V

说明横向和纵向布线资源都只有极少量溢出，congestion 很轻，整体 placement 结果比较健康。

11. Track / Routing Grid 笔记

11.1 Track 是什么？

track 可以理解为后端布线轨道。

后端 route 时，金属线不是随便画在任意位置，而是尽量沿着工艺规定好的 routing track 走。

Horizontal tracks:
────────────────
────────────────
────────────────

Vertical tracks:
│   │   │   │
│   │   │   │
│   │   │   │

11.2 Track 和 H / V Overflow 的关系

方向	含义
`H overflow`	水平方向 routing track 不够用
`V overflow`	垂直方向 routing track 不够用

如果某个方向 overflow 很高，说明该方向布线资源紧张。

11.3 Track 和 Placement Row 的区别

概念	作用
Placement Row	给 standard cell 摆放用
Routing Track	给 metal wire 布线用

简单理解：

1 2	placement row：放 cell 的行 routing track：走 wire 的轨道

11.4 Macro 附近为什么容易拥塞？

RAM / SRAM / hard macro 通常会占用或阻挡部分 metal layer，导致其周围布线资源减少。

因此 macro 附近要重点关注：

routing channel 是否足够；
H / V overflow 是否明显；
blockages 是否设置合理；
pin access 是否困难。

12. 保存和恢复设计

12.1 保存设计

1	saveDesign place_Opt.inn

作用：

保存当前 Innovus 数据库，便于后续继续从该阶段恢复。

保存示意：

12.2 恢复设计

如果后续想恢复到该阶段，可以使用 restore 功能重新加载保存的设计数据库。

恢复示意：

13. 常用命令汇总

命令	作用
`getPlaceMode`	查看当前 placement 设置
`setPlaceMode -place_global_timing_effort high`	提高 placement timing 优化力度
`defIn scan_input.def`	读入 scan chain DEF
`place_opt_design`	执行 placement 和优化
`defOutBySection -noNets -noComps -scanChains scan.def`	写出 scan chain DEF
`saveDesign place_Opt.inn`	保存当前设计数据库

14. 一句话总结

本节主要完成 Innovus placement 流程：在导入设计和 floorplan 后，先查看 place mode，再在 placement 前读入 scan_input.def，使工具能够考虑 scan chain 结构并优化 scan 线。执行 place_opt_design 后，需要重点查看 density 和 routing overflow。示例中 density 为 48.590%，routing overflow 仅为 0.02% H 和 0.01% V，说明当前布局拥塞很轻，placement 结果较健康。