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使用Cadence工具完成数模混合设计流程简介

news 2025/9/1 8:25:20

众所周知，Cadence的Virtuoso是模拟设计领域的核心工具，市占率达到75%，随着近些年来Cadence在数字版图设计（APR）领域的崛起，invs，PVS等一众工具也都成了很多公司的首选后端流程工具。依照强强联合的逻辑，将数模实现工具进行协同部署看起来就是那么的水到渠成，这里就以OA数据为起点，简单介绍一下MSOT的简单流程。闲言少叙，ICer GO！
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通常而言，数据交互是跨工具的主要问题，所以常用的LEF/DEF/V/UPF/SDC etc.便成为了数字流程的主要交互文件，但是对于Virtuoso，由于是模拟的设计理念，上述的方法不是很合适，这里就需要引入Cadence的**OA（OpenAccess）**数据平台。

数模混合设计（Mixed-Signal Design）概略

从Virtuoso IC61开始，数据都是以OA为数据保存格式的，尤其到了OA2.2，已经可以实现很多公司/工具的数据互通，包括Synopsys，mentor，TSMC等大厂的工具，譬如S家的Laker就可以和C家的virtuoso通过OA做数据互通；Calibre也可以打开Virtuoso的OA数据库等。

类似的，innovus也提供OA数据创建、读取和存储，这样就可以实现innovus和virtuoso的数据沟通。有了这种数据沟通，就可以解决一定的芯片设计需求。

对于现代的MS（mixed-signal）的芯片设计无外乎以下两种设计方法：

Ad（大数小模，下左图）结构：virtuoso 做top-design，顶层以及大部分工作在virtuoso完成，剩余的一小部分digital在innovus完成，两者通过OA协同，最后使用virtuoso 完成TO
Da（大数小模，下右图）结构：innovus做top-design，顶层以及大部分工作在innovus完成，剩余的一小部分analog在virtuoso完成，两者通过OA协同，最后使用innovus 完成TO

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如果，对于模拟数字交融的更为深入的情形，那么无论是使用vitruoso还是innovus完成最终的TO，二者都可以在数据的任何阶段进行交互（PS：top的流程需要在项目初期定义完成，避免反复迭代）。基于此Cadence提出了（MSOT）的流程理念，这样可以进一步淡化/模糊数模边界，对于一个完整的设计也可以相对比较灵活，Cadence相信这样可以更有利于设计的实现效果：

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所以，无论是上述Da，Ad抑或MSOT，这个流程都需要对virtuoso和innovus两个工具使用统一的设计数据平台：OA数据。从不同的工具角度去看，OA数据也有些微的差异：

下左图：virtuoso工具对于设计库的需求（PDK）：techdb, techfile.tf，pcell etc.
下右图：virtuoso工具对于设计库的需求（LEF）：techlef，std-cell lef ，macro lef

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OA DB 的创建和使用

如上所述，如果一个OA可以包含PDK和所有库的LEF，那么就可以在virtuoso两个工具在做平滑切换。这里有一个点要明确，对于virtuoso通常关注在模拟设计、版图和仿真。而innovus需要关注的更多的是place，CTS和route，这个可能会在除去基础的OA外用户需要额外关注的。

综上Cadence给出的解决方案就是：MSOA PDK （MixedSignal OpenAccess Process Design Kit ），这个OA的数据结构是包含了上述virtuoso和innovus两者都需要的东东。

Foundry rules (from PDK)
- DR: default routing rules
- Spacing/pitch/width
Tech LEF：
- NDR: none default routing rules
- Antenna
Std-cell LEF
IP LEF

Cadence提供一个流程帮助用户在innovus里边创建OA数据库，来作为数据的起点（PS：类似的用户也可以在virtuoso作为数据起点）

OA库通常是由三个部分组成（从底到顶的次序）

Technology DB：工艺相关的rule，layer等信息
Library DB： IP/pcell/std-cell等基础设计单元和对于的view管理
Design DB：原理图，版图，网表等

考虑到工作数据维护的便利性，OA提供了refLib的理念，这个refLib通常只囊括工艺（technology）相关的信息，对于实际的设计库，用户可以对其进行对应的设计（design）和基础设计单元（library）的添加和维护。可以简单理解refLIb就是basic OA，设计的OA都可以将以这个refLib作为起点。

这里呈现一个以innovus为数据起点的简化版的OA lib常见流程。依照上述讲解，一个OA的lib的创建至少是需要两个步骤的。具体流程见下图：

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打开任意一个已经完成init design的invs数据库

restoreDesign DBS/design.init.enc.dat design

导出OA tech file

这个可以理解为将invs的tech.lef转换成virtuoso的的基础技术文件：techfile.tf ，但是由于invs是一个简化的设计环境（相较模拟设计而言），所以这里的数据量会较少，但是使用这个的好处是，用户不用去花费大量的时间去解决techfile.tf和tech.lef的冲突。

write_oa_techfile oa.tf

创建OA的reference lib

基于上述的oa.tf创建的reference lib，可以理解为一个带入了fab设计规则OA lib

techLoadDump -l -createLib oa.ref.lib oa.tf

基于OA系统数据规则，任何对于OA lib的创建都会在当前目录下的cds.lib添加OA lib的信息，如果cds.lib文件不存在则会自动重建。（PS：由于virtuoso和invs在调用OA lib的时候，都会使用这个文件，不建议手动修改/移除这个文件，）

# file cds.lib
# indication libname libpath 
DEFINE oa.ref.lib oa.ref.lib

准备LEF文件

在一个完成init_design的invs数据库中，是可以方便的管理所有的LEF文件的。包括tefh.lef。所以invs提供了一个简单的命令，可以将LEF分类别导出

# dump tech LEF
write_lef_library -tech_only tech.lef 
# dump ALL IP/std-cell/antenna LEF
write_lef_library -macro_only macr.lef

创建OA lib

有了上述的结果，此处可以创建OA lib了，此处分两步

基于OA ref lib创建design的OA lib

lef2oa	-pnrLibDataOnly \-lef tech.lef \-techRefs oa.ref.lib \ -lib design.oa.basic.lib

基于macro LEF 对OA lib进行增量调整

lef2oa 	-lef maco.lef \-lib design.oa.basic.lib

这里创建了新的OA lib，所以cds.lib就会增加一个条目

# file cds.lib
# indication libname libpath 
DEFINE oa.ref.lib oa.ref.lib
DEFINE design.oa.basic.lib design.oa.basic.lib

到此design的OA lib就创建好了，这个OA lib和DBS/design.init.enc.dat相比，除过没有实际的design（netlist）外，其他的fab、tech、IP等信息是完全一致的。

用户可以把这个OA DB作为一个新的起点，对实际的设计进行导入，就可以完成design OA lib的部署：

Note：由于cds.lib的控制，下面的动作需要和上述命令在同一目录下：

使用OA数据库构建floorplan：

1：配置basic OA lib

set init_oa_ref_lib design.oa.basic.lib

2:配置netlist

set init_verilog design.dc.v

3：配置top cell name

set init_top_cell design

4：配置mmmc

set init_mmmc_file design.viewDefinition.tcl

5：初始化design

init_design

6：导入floorplan DEF

defIn design.fp.def

7: 用OA数据结构保存数据: {lib_name top-cell view}

saveDesign -cellview {design.oa.floorplan.lib design floorplan}

同样，cds.lib再一次添加了新条目

# file cds.lib
# indication libname libpath 
DEFINE oa.ref.lib oa.ref.lib
DEFINE design.oa.basic.lib design.oa.basic.lib
DEFINE design.oa.floorplan.lib design.oa.floorplan.lib

在invs里边，打开OA数据库，并完成place

1：打开floorplan OA 数据库

restoreDesign -cellview {design.oa.floorplan.lib design floorplan}

2：完成place

place_opt_design

3: 保存place数据库

saveDesign -cellview {design.oa.floorplan.lib design floorplan}

cds.lib再次加入一个新的条目

# file cds.lib
# indication libname libpath 
DEFINE oa.ref.lib oa.ref.lib
DEFINE design.oa.basic.lib design.oa.basic.lib
DEFINE design.oa.place.lib design.oa.place.lib

这里对同一个OA DB（design.oa.place.lib）分别使用invs和virtuoso打开，作为跨工具工作的一个注脚

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这里以invs数据库为起点，完成一个OA lib的创建，这个和Traditional MSOA PDK相比，少了tech rule （techfile.tf , 通常来自于PDK）的带入，简化的原因是由于tech.lef和techfile.tf通常有一些冲突/差异，其他的步骤都是一样的。完整的Traditional MSOA PDK如下，可以作为参考理解其中的原理

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到此，用户已经使用OA的数据库完成了在invs里边的place步骤，此时用户如果需要，这个OA数据是可以直接传递给virtuoso（或者laker）用户，完成后续的和模拟相关设计动作，然后可以再次返回invs进行后续的处置。用户可以根据实际情况基于同一数据库灵活选择设计工具，从而推进Da或者Ad的设计。感谢Cadence的伟大创举，感谢OA平台，打通了数模设计的数据平移。