芯片面積估計(jì)的概念和方法

芯片面積估計(jì)的概念

芯片面積的主要涵蓋部分分為三部分

IO：芯片的信號(hào)及電源pad等

Standard cell : 實(shí)現(xiàn)芯片的功能邏輯

Macro block ：第三方IP( PLLDAC POR Memory .etc )

芯片面積估計(jì)就是通過(guò)目標(biāo)工藝的庫(kù)信息，設(shè)計(jì)的spec、以往設(shè)計(jì)的信息及，部分IP的綜合報(bào)告來(lái)統(tǒng)計(jì)這主要部分的總面積的過(guò)程。

圖1，IO，Standard cell，Macro block

芯片面積估計(jì)的具體過(guò)程

獲得面積信息

獲得IO面積：通過(guò)目標(biāo)工藝的IO庫(kù)文件得到各種IO的長(zhǎng)寬及size大小，再根據(jù)我們的設(shè)計(jì)是spec,pin_list文檔中的pad選型和數(shù)量統(tǒng)計(jì)出。

獲得Standard cell面積：可以通過(guò)單獨(dú)IP的綜合過(guò)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，轉(zhuǎn)產(chǎn)項(xiàng)目科根據(jù)原設(shè)計(jì)的全芯片綜合報(bào)個(gè)得到，對(duì)與沒有完整RTL的IP可以根據(jù)IP的復(fù)雜程度由設(shè)計(jì)方提供預(yù)估的等效邏輯門數(shù)，通過(guò)等效邏輯門※的數(shù)量計(jì)算面積。

※等效邏輯門：對(duì)數(shù)字設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度一般用等效邏輯門的數(shù)量來(lái)評(píng)價(jià)，等效邏輯門一般為目標(biāo)工藝下的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大小（最小驅(qū)動(dòng)能力）的與非門表示A(10k Gates)B(um2)=C(mm2)，SMIC 110nm B=4.12。

獲得Macro block面積：第三方IP提供方提供的IP文檔中會(huì)有形狀及面積，Memorycompiler生成的memory文檔中也有memory的形狀及面積

幾種面積估計(jì)的方法

有了以上三種面積基本信息，就可以進(jìn)行面積估算了。

首先要對(duì)獲得的Standard cell及Marco block的面積信息進(jìn)行一下轉(zhuǎn)換，Standard cell的轉(zhuǎn)換（如果Standard cell的總面積是需要做SCAN但是未插入SCAN，需要乘以一個(gè)SCAN后的面積增量，經(jīng)驗(yàn)值為105%）主要是由于density◎，需將Standard cell的總面積除以density值，Macro block主要是由于blockage●，需將Macro block的長(zhǎng)寬加上兩倍blockage的寬度再做乘積。

●density：由于芯片的Timing等原因，導(dǎo)致用于擺放Standard cell的區(qū)域不能全部被Standard cell（圖2中藍(lán)色部分）填滿，Standard cell的總面積占用于擺放Standard cell的區(qū)域的百分比就是density。

圖2 Standard cell，閑置區(qū)域（包含電源布線）

● blockage：第三方IP（多為模擬IP，圖3中央藍(lán)色的正方形）為了防止外圍環(huán)境的電氣干擾，在文檔中會(huì)要求保留一定的空區(qū)域或者用電源ring環(huán)繞，這部分區(qū)域就是blockage。

圖3

Pad Limit

這種情況是將芯片全部IO在四邊緊密的排滿，中間的面積大于轉(zhuǎn)換過(guò)的Standard cell與Macro block的總和，因?yàn)樗倪吪艥MIO沒有辦法在縮小，所以芯片的主體面積就是有IO排列決定的這塊區(qū)域的面積，不需要估計(jì)由后端工程師排列好IO直接給出

2. Core Limit

這種情況是將芯片全部IO在四邊緊密的排滿，中間的面積小于CORE面積（轉(zhuǎn)換過(guò)的Standard cell與Macro block的總和），這時(shí)CORE的面積決定了芯片面積的大小。

Core Limit的時(shí)候如果設(shè)計(jì)有在IO ring上不能擺放其他單元的要求，估算時(shí)將CORE當(dāng)做正方形（因?yàn)檎叫卧谛酒a(chǎn)的時(shí)候在wafer上浪費(fèi)的面積最小，也有利有芯片內(nèi)部電源布線，減少IRdrop），將面積值開方的到正方形的邊長(zhǎng)加上一個(gè)寬度為固定值或者邊長(zhǎng)百分比的ring（power ring等）的寬度的兩倍，再加上IO高度的兩倍，再進(jìn)行平方得到芯片的主體面積。

Core Limit的時(shí)候如果設(shè)計(jì)無(wú)要在IO ring上不能擺放其他單元的要求，估算是將CORE面積與IO面積相加即可。

芯片生產(chǎn)出來(lái)的時(shí)候是許多芯片在一片wafer上的需要用劃片機(jī)將芯片分割開來(lái)，這個(gè)時(shí)候就需要為分割芯片預(yù)留的空間scribe line，在分割芯片及芯片運(yùn)輸封裝的過(guò)程中，芯片邊緣的應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生變化，設(shè)計(jì)上需要在芯片周邊做一圈鈍化的區(qū)域（sealring）以保護(hù)芯片不碎裂以及屏蔽和防潮功能。

這樣整個(gè)芯片的面積就是芯片主體邊長(zhǎng)（主體面積開方）加上兩倍的scribe line的寬度和兩倍的sealring寬度再平方。