基于方法学flow来聊聊APR工具placement

众所周知，在prePlace阶段打完Power后，需要使用APR工具把网表中存在的例化完的instance来全局放置在core内，这个布局阶段（place)会暴露出设计Case在不加任何约束下按工具默认的globaldensity等设置摆放cell所存在的风险。

实际上在后端范围，工程师通常提到的高风险模块指的就是congestion较高的模块以及时序风险较高的模块，这两者实际上都和place有着千丝万缕的联系，前者可能是因为place阶段不合理/面积切分不合理导致局部绕线资源紧张，后者则有可能因为place的原因使得局部density过高导致timing eco阶段hold插爆引起不能修的short drc。

这篇文章小编就来以APR placement flow为例，分析工具在place阶段到底做了哪些事情，并且结合项目心得，讲述几种常见的解congestion的方法和思路。

实际上placement不止和route最后的drc结果息息相关，更是和下个阶段的cts时钟树密切相关，一个优秀的placement，摆的寄存器的位置比较合理/紧凑的话可以让cts解drv的时候线长减短，进而减少很多为了解transition而插的INV，进而一定程度上优化时钟树长和skew。

在数字电路中，单元的放置是很规范的，std cell的面积都是site的整数倍，而row是由site大小决定生成的，std cell也通常为一倍/二倍row高度，对应的std cell也会snap到row上放置，其实从综合工具DCG看初始状态这些cell全部都是堆叠摆放的。而placement最重要的任务，就是把这些cell摆好，不能有Overlap，不能有legalization的问题，不能有FE DRC。这就很类似于一堆散乱的乐高积木，我们要把它一个个的在地上(core row)铺好，但是又要摆放的符合前端代码（RTL）关系。

上述内容就是指导innovus进行block placement的基础flow了，由注释可以发现主要包括设置placemode;设置opt mode，设置OCV derate参数加严时序，add_tie_cell来钳位住logic 0/1的Pin，一端接pg net，一端接constant pin；进行Place以及Place_opt操作；存完db后，报timing以分析时序，也许有些ICer会疑惑PlaceOpt怎么就一个place_opt_design就一笔带过了？事实上，APR布局布线的PlaceOpt阶段工具是其中的一个重要步骤，主要负责对芯片的物理布局进行优化，以满足电气约束和布局规则。

PlaceOpt阶段工具的主要作用如下：

优化芯片的物理布局：PlaceOpt阶段工具可以通过对芯片的物理布局进行优化，使得芯片的面积更小、功耗更低、性能更好。PlaceOpt阶段工具会针对芯片的电气约束和布局规则进行优化，以达到最佳的布局效果。

解决布局冲突：在布局布线的过程中，可能会出现布局冲突的情况，比如两个器件之间的距离过近，或者某些器件之间的间距不符合规定等。PlaceOpt阶段工具可以检测这些冲突，并进行解决，以保证芯片的物理布局符合规范。

优化时序和功耗：PlaceOpt阶段工具可以通过优化芯片的物理布局，来改善芯片的时序和功耗。例如，可以通过减小器件之间的距离，来缩短信号传输的时间，从而提高芯片的时序性能。又如，可以通过合理的布局，来降低芯片的功耗。

生成布局报告：PlaceOpt阶段工具会生成布局报告，其中包括芯片的面积、功耗、时序等信息，以便设计人员对布局结果进行评估和调整。

需要注意的是，PlaceOpt阶段工具只是APR布局布线过程中的一个步骤，它需要与其他工具配合使用，才能完成整个布局布线的过程。例如，在PlaceOpt阶段工具之后，还需要进行时钟树合成、布局布线、后仿真等步骤，以完成芯片设计的整个流程。那么问题来了，如果在place完毕后，工程师在查阅log/报告时候发现局部区域overflow（congestion)确实很大，存在很大的绕线风险时候一般怎么解决呢？

可以通过调整flooplan来解决，通常MEM的沟道/出PIN位置附近会有纵向/横向的overflow，这种congestion通常可以通过调整沟道宽度/MeM的相对位置（使得走线规整）解决

打PlaceBlk，对于cell density过高的区域可以加partitial place blk来降低density，可以密度逐层递增，打多层

增加keepout margin，通过设置Pin keep out来给PIN足够空间出

打routing blk，对于Macro周边底层signal如M2 M3等出PIN导致的signal overflow尤其是拐角处，在周边区域走线资源充足的情况下，可以对堵塞区域设置对应层的no_signal rblk，route完毕后删掉，以免报drc错误

设置padding，对于高Pin Density的区域，经常有AIO，MUX，MBIT等多Pin std cell，虽然cell的密度不高，但是走线出Pin太多，这种情况可以通过设置一类lib cell的padding来解，通常可以加1~2site的距离，不够再加，注意，这样操作很有可能会影响timing，需要谨慎使用。

merge bit，对于寄存器导致发生overflow的区域，工程师可以设置Merge bit以减少时钟PIN

修改RTL代码，有可能是逻辑设计不合理，MUX等多PIN逻辑太多了，后端确实解不了

修改Power Plan，对于H overflow，则加密纵向走线，放松横向Power走线，反之加密横向Power走线，放松纵向Power走线

规划std cell，整理signal 线，在Power net高层空间允许的情况下，走高层NDR来释放风险

少部分的signal线，可以自己手动拉线走高层/或者换层

最终杀招，和项目经理商量要不要增加点面积，或者砍点macro放到其他模块去，H overflow就增加高度，V overflow就增加宽度。

审核编辑：刘清