[发明专利]超大规模集成电路多层绕障Steiner最小树构造方法

说明书

技术领域

本发明属于集成电路计算机辅助设计技术领域，具体涉及一种X结构下带粒子群优化的超大规模集成电路多层绕障Steiner最小树构造方法。

背景技术

超大规模集成电路(very large scale integration，VLSI)设计中多层绕障X结构Steiner最小树(multilayer obstacle-avoiding X-architecture Steiner minimal tree，ML-OAXSMT)问题是给定布线层上一系列布线引脚和障碍物集合，通过X结构边连接每个布线层上的引脚且布线层之间借助通孔连接，在布线边和通孔不穿越障碍物的约束下，构建布线总代价最小的Steiner树。ML-OAXSMT问题是考虑到障碍物、X结构、多层等三个条件的Steiner最小树模型。

Steiner最小树作为ML-OAXSMT问题的基础模型是布线中多端线网连接的最佳模型。近年来超大规模集成电路设计中芯片会存在宏单元、IP预布好的线网等布线障碍物，在此基础上考虑到障碍物的Steiner最小树问题受到广泛的关注。单层绕障Steiner最小树的构建方法主要包含四类：先构造再替换法、不确定性算法、基于生成图的方法、精确算法。第一种方法主要是在不考虑障碍物的情况下先构建布线端点集合的Steiner最小树，然后对其中穿过障碍物的边替换成经过障碍物边界的布线边，该类算法过程简单，但容易获得较低质量的布线方案。不确定性算法是基于一些元启发式策略的，主要包括基于局部搜索的蚁群算法和基于粒子群优化算法。很多绕障算法都属于第三类基于生成图的方法，其中生成图一般包含引脚端点和部分障碍物端点，在一定程度上减低了问题求解空间的复杂度，并在此基础上取得线长与运行时间较为折中的方案。第四种方法是能够得到准确方案的精确算法，主要是基于GeoSteiner方法的两阶段算法，首先构造考虑障碍的完全Steiner树(full Steiner trees，FSTs)，继而构建整数规划模型并利用分支定界策略从中选取若干FSTs用于构建最后的考虑障碍物的矩形Steiner最小树。

目前关于布线树的相关研究工作主要集中在曼哈顿结构，但基于曼哈顿结构进行线长与时延的优化，由于其布线走向有限，不能够充分地利用布线区域，导致互连线资源的过分冗余。故基于曼哈顿结构的优化策略在进行互连线线长优化时，其优化能力受限。因此，有必要从根本入手，改变传统的曼哈顿结构，故研究人员开始尝试以非曼哈顿结构为基础模型进行布线，实现芯片整体性能的优化。 学者提出了在X结构下的布线树和布线算法的一些挑战和机遇，同时给出该结构下良好的展望，并指出在X结构下，Steiner最小树问题仍是最为关键的问题之一。学者对能带来可观的线长减少量等物理设计指标提高的非曼哈顿结构已展开研究，特别是出现专门的工业联盟推广X结构，为这样的研究提供实现和验证基础。但对于能带来线长、通孔、功耗等目标优化的非曼哈顿结构的绕障工作研究较少。

随着集成电路设计进入纳米领域，布线金属层数增加，线宽大幅度减少，而连线间距也大幅度减小，使电路的性能和密度得到了很大的提高，因此多层布线应运而生，并且引起了诸多研究机构的广泛关注。目前多层Steiner最小树工作大多集中在基于曼哈顿结构，即求解多层矩形Steiner最小树的构建问题。而对于非曼哈顿结构下多层绕障Steiner最小树的构建工作是考虑到线长和通孔数的优化，分别对每个布线层进行绕障Steiner最小树的构建工作，再为每两个毗邻布线层寻找最短的连接路径。但该方法将多层绕障Steiner最小树问题转换为多个单层绕障Steiner最小树问题，未能从多层结构的全局角度寻找解方案，很大程度影响布线解的质量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超大规模集成电路多层绕障Steiner最小树构造方法，该方法有利于降低布线总代价，提高布线树的质量。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种超大规模集成电路多层绕障Steiner最小树构造方法，包括以下步骤：

步骤1：读取基准测试电路网络数据，并按照层数和坐标大小进行升序排序；

步骤2：初始化种群规模、迭代次数等参数，对优化参数进行编码并随机产生初始种群；

步骤3：采用粒子更新公式更新每个粒子的位置和速度，得到新粒子；

步骤4：采用基于惩罚机制的适应度计算函数计算新粒子的适应度值，并判断新粒子的适应度值是否小于粒子的历史最优值，是则将新粒子更新为粒子的历史最优粒子，并转步骤5，否则直接转步骤5；