硅编译器

随着 VLSI 系统的复杂性和集成度的不断提高， CAD 技术在 VLSI 技术中的地位日益重要．尤其是在 ASIC 迅速发展的今天，用户 更迫切地需要能够帮助他们进行芯片设计的软件工具．人们特别 需要这样一种设计系统，它能够从满足 VLSI 系统结构特性要求的 高级语言描述出发，自动地完成各个阶段的设计任务，最终完成 所设计器件的连线版图设计。硅编译器就是这样一种软件工具。

硅编译器的 ‘ 编译 ' 一词来源于软件术语．在语言编译时， “ 编译 ” 是指用编译程序将源语言变换成目标程序的过程，也就是将高级 语言转换成低级的机器代码的过程。与此相应，如果把版图描述 看作机器代码，而把行为级描述看作高级语言，那么把行为级描 述直接转换成版图描述的过程也可以认为是一种 ‘ 编译 ' 过程．

硅编译器的设计思想最先由 MartinRem 于 1978 年提出，而 Johannson 于 1979 年首先设计出数据通道硅编译 器． 1985 年 3 月 W68CS02 芯片采用硅编译器进行设计， 该芯片与 8 位 CMOS6502 微处理器完全兼容．按常规的设 计方法，一位芯片设计师和两位绘图员需用九个月时间才 能完成对该芯片的设计，采用硅编译器进行设计只需不到 一个月的时间，只是芯片的面积略大一些。目前，已有其 它一些硅编译器被研制、开发并投入应用，但多数都只限 于用在某一特定的设计任务中。如存储器设计，信号处理 单元设计等。

VLSI 的设计和制造涉及到许多完全不同的学科。在设计 一个集成电路时 , 常常是 : (1) 由系统设计人员进行系统结 构及逻辑设计； (2) 集成电路设计师再根据逻辑图进行版 图设计 ; (3) ，进而得到生产所需的掩膜版。对于系统设计 师来说，版图设计是件陌生而头痛的事。

以硅编译器为基础的新设计系统为 VLSI 设计开辟了一个新 的途径．系统设计师不必依赖集成电路设计师而直接设计 集成电路，他不仅能从逻辑结构的行为级描述或门级描述 出发直接得到掩膜信息，同时还能进行时序、逻辑和电路 的模拟．这有助于建立为确保最终设计的 ‘ 可查找，可追踪 的管理数据库，同时也是 2000 门以上门阵列设计中急需解 的关键问题。

硅编译器是一种主要的半定制工具，其输入是高级的系统描述。

典型的硅编译器的处理过程分五步进行。

– 输入描述语言 ：以一定的形式支持对系统功能的描述和常规的编程约定。如整数 运算、过程定义等。

– 编译处理功能 ：硅编译器对输入的高级描述语言（源程序）进行编译处理，生成 基本模块单元清单和内连关系网络。

– 基本模块的实现 ：基本模块是编译器的低级指令集，它们具有明确的物理表达形 式

- 版图。基本模块可以取自一个单元库，也可以通过组合过程实现．在 FIRST 硅编译器中，基本模块包括乘法器、加法器、延迟线等．

– 芯片的自动布局 ．目的在于实现芯片平面的分配。为保证布线的高效率和提供合 适的通讯结构，必须认真作好芯片平面布局，即按一定的规则把各个基本单元模 块配置在芯片的位置上，为优化芯片设计，将自动地重复基本模块的单元布局和 连接。

– 芯片的布线 ：在完成了对基本模块的布局之后，硅编译器自动地进行网络连接布 线，并添置必需的焊盘和 I ／ O 单元，以最终完成芯片的版图设计。

定制技术的发展趋势

在不久的将来，将出现在一个芯片上存在各种定制技术的组 合，即芯片上同时有：熔丝可编程器件（ PROMs 、 PLAs 、 PALs 等）；掩膜可编程器件（门阵列、 ROM 等）；软件可编 程器件及微处理器、模拟器件及存储器件等

主要原因为：

– 要求在一块芯片上集成较为复杂的功能

– 掩膜可编程性为设计人员和操作人员广泛利用

– 从逻辑设计到生成掩膜的 CAD 工具日益成熟和广泛应用

– 与生产每个芯片的其他所有工艺过程相比，将更广泛地使用形成互连图 案、刻蚀金属线和绝缘层的制造设备。

随着标准单元和门阵列之间竞争的加剧，没有任何理由阻 止标准单元并入门阵列。单元库中的一个或几个标准单 元，将可能是一个给定大小的门阵列单元．即标准单元的 功能和集成度将达到 LSI 甚至 VLSI 的水平，常被称为超级 单元或巨单元．这不仅是标准单元法的一个发艇趋势，还 体现了 VLSI 系统设计思想中的层次设计方法。