談?wù)勑酒械膶哟位脑O(shè)計(jì)（hierarchy design）

層次化設(shè)計(jì)適當(dāng)下非常流行的設(shè)計(jì)思路，隨著芯片的規(guī)模越來越大，fullchip的數(shù)據(jù)量和復(fù)雜度和過去已經(jīng)不能同日而語了，無論是工具的runtime還是QoR，直接完成full-chip的工作越來越不現(xiàn)實(shí)。所以，在這里，就需要引入 層次化的設(shè)計(jì)（hierarchy design） 的概念，

從芯片的規(guī)劃開始，層次化的理念貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)流程，下面的各個(gè)設(shè)計(jì)方面都會(huì)受到不同程度的影響

RTL
UPF
verification
DFT
Timing constraint
synthesis
EC
layout
STA
stream-out
layout verification
Power analysis

一個(gè)項(xiàng)目的開始，需要根據(jù)實(shí)際的需要確定層次，這主要是基于模塊功能規(guī)模，一起來看下面這個(gè)實(shí)例

可以看出，從整個(gè)SOC的設(shè)計(jì)當(dāng)中，主要的partition分割是兩種，top和none-top。理論上講，所有的none-top，互相之間都沒有依賴關(guān)系（dependency），除非它本身也是一個(gè)小top，具體可見下面的示例：

這里的top和sub-top_1就是所謂的hierarchy design，在一個(gè)芯片里邊，top通常只有一個(gè)，但是可能會(huì)有多個(gè)sub-top，甚至是sub-sub-top，這取決于芯片層次化的深度和芯片的復(fù)雜度?？梢灶A(yù)見，層次化越多，單個(gè)partition的復(fù)雜度會(huì)降低，但是給top的partition劃分帶來了更多的工作量，譬如

UPF
SDC
physical partition boundary

還有一個(gè)影響就是dependency，所有的sub-top，都和top一樣，在后端實(shí)現(xiàn)的時(shí)候（synthesis/layout），任何的top的后端工作，都需要sub partition的支持，譬如上圖，要想開始sub-top1的synthesis，就必須先要完成 sub_par_1_1，sub_par_1_2，sub_par_1_3的綜合工作。

這就是runtime的瓶頸。實(shí)際項(xiàng)目中，為了減少這方面的影響，通常都會(huì)有一些變通的手段，來快速支持頂層設(shè)計(jì)，這個(gè)小技巧的具體細(xì)節(jié)，也會(huì)在本系列文章里邊提及。

業(yè)界里邊還有一種更為前衛(wèi)的partition的設(shè)計(jì)，被稱為abut-partition的設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單的講就是沒有top的概念，所有的partition都是完全貼合的，譬如下面這個(gè)floorplan的partition的框圖

這種架構(gòu)更為簡(jiǎn)練，所有的設(shè)計(jì)全部都推到了partition，從物理實(shí)現(xiàn)上來講，top level已經(jīng)不包含任何的leaf cell，所有的存在就是一些連線關(guān)系、PG、terminal以及co-design routing了，這種極簡(jiǎn)的abut設(shè)計(jì)有其優(yōu)越性，也有一些限制。

一個(gè)完整的層次化設(shè)計(jì)，在代碼設(shè)計(jì)階段，就應(yīng)該樹立層次化的理念。這里邊主要由以下幾個(gè)考量

簡(jiǎn)化大規(guī)模設(shè)計(jì)的必經(jīng)之路
后端實(shí)現(xiàn)的真實(shí)需求
驗(yàn)證和設(shè)計(jì)的一致性
相關(guān)配套、支持文件的參照點(diǎn)（SDC、UPF等等）

從架構(gòu)入手，合理分布RTL的層次結(jié)構(gòu)，讓整個(gè)設(shè)計(jì)看起來張弛有道。這個(gè)思路體現(xiàn)如下

前端設(shè)計(jì)人員按照下面的思路過程來設(shè)計(jì)代碼

完成inst1的模塊代碼設(shè)計(jì)

完成inst1的內(nèi)部連線

完成inst2的模塊代碼設(shè)計(jì)

完成inst2的內(nèi)部連線

完成top-level的模塊代碼設(shè)計(jì)

完成top-level的連線

可以看到，這里邊涉及了三個(gè)部分的設(shè)計(jì)

inst1

inst2

top-level

通常來講，合理的分配各個(gè)模塊可以加速full-chip的收斂。從上面的例子可以看出，top-level的東西比較簡(jiǎn)單，只有一個(gè)控制邏輯和PAD，主要的功能都在子模塊里邊，這樣的好處是非常明顯的

子模塊的實(shí)際內(nèi)容多，但是總體規(guī)模不會(huì)很大，綜合和版圖的可控性會(huì)很好

相互關(guān)聯(lián)密切的功能IP封裝在一個(gè)模塊里，有利于時(shí)序收斂和后端工具優(yōu)化

top-level的主要用途就是穿線，以及中心控制和PAD等等，有利于整體功能布局的規(guī)劃，主要精力要放到interface的時(shí)序上，以及可繞通性。

每一個(gè)模塊都有一套自己獨(dú)立的文件結(jié)構(gòu)，譬如inst1對(duì)應(yīng)的是design1，整個(gè)design1的文件架構(gòu)類似如下：



有了這些文件，design1的綜合就可以開始了。綜合的流程通常比較簡(jiǎn)單，這里不做過多的討論，基本流程可以參見下面的列表

HDL analysis 和 elaboration

read_sdc和read_upf 以及一些基礎(chǔ)配置

運(yùn)行compile_ultra和DFT insertion

創(chuàng)建Block Abstraction view

生成DDC和網(wǎng)表

重要的第四步時(shí)一定要執(zhí)行的，這里生成了后面層次化設(shè)計(jì)的重要信息。

對(duì)應(yīng)的，這里也列一下inst2（design2）的文件目錄結(jié)構(gòu)

使用綜合器，分別可以得到下面的文件

design1.ddc 和 design1.v

design2.ddc 和 design1.v

基于不同的DCT/DCG環(huán)境，可以開始根植于如下目錄結(jié)構(gòu)的頂層綜合



頂層綜合的思路會(huì)有一些不同，具體流程如下

配置block implementation的狀態(tài)

讀入底層帶有Block Abstraction的DDC（不要讀入子模塊netlist，會(huì)導(dǎo)致非常多的困惑），工具回顯如下例

HDL analysis 只分析top-level的verilog，譬如：top_ctrl_design.v、PAD_design.v 、designFC.v

elaboration的時(shí)候，一定要注意一下子模塊的鏈接狀態(tài)，保證模塊信息都可以被正確掛載進(jìn)來

在保證link無誤的情況下，讀入designFC.sdc和designFC.upf，運(yùn)行compile_ultra和DFT insertion

生成DDC和網(wǎng)表，完成top-level的綜合

對(duì)應(yīng)的，在做層次化的設(shè)計(jì)的時(shí)候， 需要注意下面的事項(xiàng)：

調(diào)用底層模塊的時(shí)候，一定要使用帶有block Abstraction的DDC，DDC里邊包含了block的

時(shí)序約束信息

UPF信息

時(shí)鐘結(jié)構(gòu)信息

邊界時(shí)序信息

top-level的UPF只有頂層的low power需求

頂層的LS、ISOLATION的需求，如果被約束的cell在頂層

頂層和block的PG連接關(guān)系

top-level的SDC包含了整個(gè)top-level和block-level的時(shí)序約束

頂層的SDC一定要和block的SDC，在block級(jí)別呈現(xiàn)出高度的一致性，譬如純粹block 內(nèi)部的MCP、false path等等

如果時(shí)鐘的源頭在頂層，block級(jí)別的clock無需二次聲明，譬如下面示例



在design1/desing2綜合的時(shí)候，分別在各自的sdc里邊定義pclk，如果把視角放到頂層，那么畫風(fēng)是這樣的

可以看到，從toplevel來看的話，以前的design1/design2的pclk，其實(shí)都是從top-level的pll驅(qū)動(dòng)的，在top-level構(gòu)建SDC的時(shí)候，只需要生命pll的clock就可以了（Pll_clk），剩下的就交給工具自動(dòng)衍生。

寫到這里，相信讀者們對(duì)層次化設(shè)計(jì)流程有一個(gè)比較具體的了解了。

審核編輯：劉清