Современный этап развития сверхбольших интегральных схем (СБИС) требует разработки новых методов и подходов к их проектированию и технологиям производства. В настоящее время одной из основных технологических операций в общем процессе производства цифровых схем является литография, а одним из наиболее перспективных направлений дальнейшего развития литографии в рамках процесса производства СБИС – технология двойного шаблона. Данная технология дает возможность использовать имеющееся литографическое оборудование для изготовления СБИС с меньшей минимальной проектной нормой и с меньшей площадью кристалла. Это позволяет снизить стоимость производства современных СБИС и систем на кристалле.
Основная задача технологии двойного шаблона заключается в декомпозиции исходного критического топологического слоя СБИС на два новых, в сумме содержащих исходный рисунок. При этом расстояние между элементами топологии в каждом из вновь полученных топологических слоев получается больше, чем в исходном слое топологии. На рисунке 1 показан результат трансформации исходного топологического слоя для технологии двойного шаблона.
Различные подходы к декомпозиции топологического слоя СБИС для технологии двойного шаблона рассмотрены в работах [1–3]. Следует заметить, что решение этой задачи требует значительных вычислительных ресурсов в силу огромного размера файлов описания топологии. Стремление сократить при этом время вычислений привело к разработке параллельных алгоритмов трансформации [4, 5]. Известно, что обнаружение и устранение ошибок в топологии кристалла СБИС на ранних стадиях его проектирования позволяет избежать множества проблем, связанных с затратами и сроками изготовления шаблонов, сократив тем самым время проектирования и производства СБИС [6]. Когнитивная аналитика и визуализация могут помочь исключить данную проблему, так как решают задачу извлечения ценности из большого объема данных и преобразования информации в удобный для восприятия и познания человеком формат. Такие технологии находятся на стыке информатики и когнитивной науки [7–9]. В свою очередь, когнитивные методы визуализации позволяют упростить интеркогнитивные коммуникации между высокопроизводительными вычислительными системами и проектировщиками СБИС, тем самым сокращая временные затраты на анализ.
В работе [10] рассмотрено применение когнитивных технологий для решения задач в наноинженерии, в том числе задачи проектирования топологических слоев СБИС. Показано, что последние достижения в области когнитивных технологий можно применять в системах автоматизации проектирования (САПР) СБИС.
В работе [11] предложены и рассмотрены параллельные алгоритмы для декомпозиции слоев с неманхэттенской геометрией, реализованные в программе ParallelDPLayout Migrator. В этой программе для описания графовых моделей применен язык DOT, а для визуализации графов использовано ПО с открытым исходным кодом GraphViz [12]. Программа была протестирована с использованием библиотек Nangate Open Cell Library и Lower Power Open Cell Library [13, 14]. В работе [15] теоретически обосновано применение когнитивной аналитики в САПР СБИС. В работе [16] показаны результаты применения предложенного подхода для регулярной топологии. В данной работе рассматривается возможность применения разработанных подходов для анализа топологических слоев с нерегулярной топологией, которая значительно труднее поддается этому процессу.
Когнитивная визуализация проблемных участков топологического слоя
В качестве примера выбран слой металлизации библиотечного элемента «сумматор». На рисунке 2 представлен фрагмент его топологического слоя, для которого попытка трансформации для технологии двойного шаблона закончилась неудачно. Представленный фрагмент состоит из 286 полигонов. Соответствующий ему граф противоречий, который содержит 286 вершин и 471 ребро, приведен на рисунке 3. Каждая вершина графа соответствует определенному полигону, а ребро – противоречию между парой полигонов.
На рисунках 2–5 полигоны первого слоя и соответствующие им вершины графа противоречий после декомпозиции показаны розовым цветом, полигоны второго слоя и соответствующие им вершины графа противоречий – синим. Полигоны и соответствующие им вершины графа противоречий, которые не удалось окрасить и, следовательно, разнести по слоям, показаны серым цветом. В первый слой получилось отнести 137 полигонов, во второй – 84, 65 полигонов разнести не удалось, так как они попали в нечетные циклы графа противоречий.
В работах [15, 16] была предложена следующая классификация противоречий:
– внутренние: противоречия между полигонами в рамках одного экземпляра ячейки (ребра отображаются черным цветом);
– противоречия ячейки: противоречия между полигонами из разных экземпляров одной̆ и той же ячейки (ребра отображаются синим цветом);
– внешние: противоречия между полигонами, которые относятся к разным ячейкам (ребра отображаются красным цветом как наиболее сложный вид противоречий для разрешения).
В работе [15] для каждого противоречия выбран определенный коэффициент, который влияет на размер радиуса вершины графа противоречий. Благодаря этому можно быстро найти полигоны и, соответственно, участки топологического слоя с наибольшим количеством противоречий.
В работе [16] предложен подход к кластеризации графа противоречий на основании данных о том, к каким стандартным ячейкам и их экземплярам относится тот или иной полигон. В предложенной модели вершины графа противоречий распределяются между кластерами согласно исходной иерархии библиотечных элементов. Кластеры визуализируются в виде прямоугольников.
На основании рисунков 2 и 4 достаточно сложно определить, какие библиотечные фрагменты исходного топологического слоя привели к неразрешимым противоречиям. Однако на рисунке 3 уже видны участки топологии с наибольшим количеством конфликтов. Для дальнейшего анализа выбран один из таких участков топологического слоя. На рисунке 4 представлен небольшой фрагмент графа противоречий, а на рисунке 5 – результат кластеризации на основе исходной иерархии библиотечных элементов для выбранного фрагмента.
На рисунке 5 большие кластеры соответствуют элементам библиотеки фрагментов топологии СБИС, а меньшие – конкретным элементам данного фрагмента. Предлагаемая модель визуализирует геометрические примитивы (полигоны), из которых состоит топологический слой, и при этом не теряет связь с их исходной иерархией.
Comments