提升系统性能、降低功耗。此外，这四个方面存在着互相牵制的关系。 该章节主要介绍 VLSI 设计流程和布图规划设计。

2.1 VLSI 布图规划问题的描述

VLSI 布图规划的处理对象是由可实现一定功能的模块和单元组成的一个集

合，其可表示为全集

A M1, M 2Mk，此外，我们用 ai, si, li来描述模块 Mi

的状态，其中， ai 用来表示模块 Mi 的面积， si 用来表示模块 Mi 的宽长比最小 值， li 用来表示模块 Mi 的宽长比最大值。

如果模块 Mi 的宽用 wi 表示，高用 hi 表示，则有公式(2-1)：

已知，硬模块的宽长比为定值，故可得 si li 。网表用来描述各个模块间的 互连关系，其通常是一个 k 阶方阵，可表示为 N ni，nj。其中，模块 i 和模块 j 间的互连线数或连线的权重分别由 ni，nj 表示。论文网

布图规划就是一个围绕目标函数，多方面考虑后构建约束条件方程组的过 程。其一般涉及芯片几何外形方面的约束、芯片的高宽比方面的约束、互连线长 及其最大时延方面的约束以及工艺和性能方面的约束等等。

布图规划的目的就是：在确定了模块本身和模块互连后，符合约束条件的情 况下，能使各模块所在位置最佳，使占用的芯片面积达到最小，模块间互连线长 最短且芯片的性能最优以及功耗最小。

2.2 VLSI 设计流程

有上述内容可知，VLSI 超大规模集成电路设计极具复杂性。设计过程涉及 甚广，跨越多个电子相关专业，如计算机技术，电气工程和微电子学等。VLSI

设计的工作量极大且于整体电路而言需要极高的正确性，因此，我们引进了辅助 工具 EDA 来帮助我们进行 VLSI 设计。

VLSI 超大规模集成电路的设计流程一般有六个步骤，其分别是：系统规范 说明，寄存器传输级设计，逻辑设计，电路设计，物理设计和设计验证[8]。如流 程图如图 2-1 示：

图 2-1 VLSI 制造流程

2.2.1 系统规范说明

VLSI 布图规划中所谓的系统规范化说明是指：用户利用 EDA 辅助工具将对 布局预期的目标和要求转化为相应功能描述以及技术指标。其一般包含了对芯片 系统的功能的分析以及对芯片物理结构面积的测量。此外，系统规范说明也需要 考虑到设计模式、工艺流程、制造周期以及设计费用等方面问题。

2.2.2 寄存器传输级设计

寄存器传输级设计阶段，设计者们着重考量是芯片系统能否实现指定的能。 这一阶段，考虑整个系统的行为特性成为主要任务。此外，设计者还需要给出系

统时序图以及子模块间的数据流图。利用这些必要的信息和采用仿真模拟的方能

2.2.3 逻辑设计

逻辑设计阶段，设计者们通过搭建芯片系统整体的功能逻辑电路以及反复测 试， 让每一个小块部分的构造更清楚，充分展现出实际的样子，自己筛选出合 本身的小细部件保证集成电路的运行。为了使逻辑更加清晰可靠，我们画出流程 图，用合适的软件画出电路元器件，再按照电路将其连接来反映我们的思路。

2.2.4 电路设计

相较于其他的步骤阶段，电路设计有着不可或缺的地位，要考虑如何将存在 于我们思维的无形电路有形地展现出来，电路宽度、走线密度、功耗大小以及串 扰等实际因素将在电路设计阶段内被综合考虑。不可或缺的是，使用的每个元器 件的功能，优点，缺点我们要进行权衡。这样才能更加高效地反映出我们的电路 设计。

2.2.5 物理设计

这个阶段的工作量很大需要耗费很多的时间，我们要用相关的软件画出每个 元器件以及元器件间的互连线路转换为几何图表示。版图就是要用数学形状的图 形表示有规律的元器件电路，制作电器设备的技术发展的程度决定了我们版图设 计的程度，思维的设计要和实际的发展技术接轨。需要有相应的技术支撑不能逾 越，否则无法制作和生产[9]。