專利名稱：一種甚大規(guī)模集成電路版圖數(shù)據(jù)支持方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種甚大規(guī)模集成電路版圖數(shù)據(jù)支持方法屬于半導(dǎo)體集成電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化領(lǐng)域， 主要涉及后端版圖處理，尤其對甚大規(guī)模版圖設(shè)計(jì)和驗(yàn)證提供數(shù)據(jù)支持解決方案。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體集成電路工業(yè)的發(fā)展，特別是納米級IC設(shè)計(jì)的出現(xiàn)，版圖數(shù)據(jù)規(guī)模迅 速膨脹。目前，單個(gè)版圖層次描述文件的尺寸可達(dá)幾百GB的規(guī)模，預(yù)計(jì)很快就會(huì)突破TB規(guī) 模。這對版圖的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證操作提出了很大挑戰(zhàn)第一，關(guān)于時(shí)空效率。當(dāng)數(shù)據(jù)規(guī)模不大時(shí)用戶主要關(guān)注處理的時(shí)間效率；但隨著數(shù) 據(jù)規(guī)模的迅速膨脹，內(nèi)、外存的容量均顯緊張，空間效率也成了不可忽視的問題，二者同等 重要。例如，在對版圖進(jìn)行DRC驗(yàn)證時(shí)，首先要對版圖進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理結(jié)果的尺寸往往 與輸入文件是相當(dāng)?shù)?。對于幾百GB的輸入文件，必定需要借助外存擴(kuò)展內(nèi)存容量。而此時(shí) 用戶磁盤已經(jīng)存放了幾百GB的輸入文件，很可能已經(jīng)沒有足夠的空間存放中間結(jié)果。第二，關(guān)于地址空間。甚大規(guī)模集成電路版圖的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于4GBQ~32 Bytes)，而用戶的計(jì)算機(jī)硬件配置及操作系統(tǒng)可能都是32位的，內(nèi)存尋址能力有限，無法 表示并處理甚大規(guī)模的版圖數(shù)據(jù)。第三，關(guān)于頁面交換。隨著數(shù)據(jù)規(guī)模的迅速膨脹，內(nèi)存嚴(yán)重不足，引發(fā)大量的虛擬 內(nèi)存頁面換入換出操作。而操作系統(tǒng)的頁面交換策略是通用的，沒有針對版圖處理進(jìn)行優(yōu) 化，在程序邏輯設(shè)計(jì)得不夠良好時(shí)，甚至?xí)斐身撁嬖趦?nèi)、外存之間抖動(dòng)，明顯影響執(zhí)行效 率。在這種情況下，研發(fā)人員常常采用的“空間換時(shí)間”處理策略也不再有效，甚至因?yàn)榧?重了程序的空間負(fù)擔(dān)，引起反作用?？傊?dāng)版圖數(shù)據(jù)規(guī)模迅速膨脹時(shí)，時(shí)間和空間消耗都會(huì)迅速增加，空間消耗會(huì)通 過內(nèi)、外存交換操作，轉(zhuǎn)化為更多的時(shí)間消耗，造成用戶對處理效率難以接受，導(dǎo)致甚大規(guī) 模版圖處理在工程上的“不可解”性。針對如此龐大的數(shù)據(jù)規(guī)模，業(yè)界已經(jīng)出現(xiàn)了比較成熟的版圖文件格式 OASIS(OpenArtwork System Interchange Mandard)，以壓縮格式表示版圖信息。OASIS 有效利用了版圖數(shù)據(jù)局部性特征(即大多數(shù)圖形尺寸以及圖形間距都處于局部尺度范圍 內(nèi))，綜合采用了增量存儲、提取公因子、隱含省略、二次壓縮等策略，獲得高達(dá)10至50倍 的壓縮比，受到EDA工具供應(yīng)商的廣泛支持。但是，OASIS本身不支持壓縮狀態(tài)的數(shù)據(jù)比較 操作，無法直接應(yīng)用于處理過程，只能夠作為數(shù)據(jù)交換格式。版圖處理過程中仍然需要將 OASIS格式的數(shù)據(jù)解壓縮使用。另外，一些通用的大規(guī)模數(shù)據(jù)處理策略也在一些工具的研發(fā)中被引入，例如并行 和分布式處理等。并行和分布式處理能夠更加充分地利用存儲資源和計(jì)算資源，有效提高 時(shí)間效率，但是由于沒有簡單高效的數(shù)據(jù)支持方案，工具的設(shè)計(jì)和維護(hù)往往變得十分復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對甚大規(guī)模集成電路版圖處理過程中所面臨的內(nèi)存地址不足、內(nèi)存空間 有效利用率低、進(jìn)而加劇時(shí)間負(fù)擔(dān)、導(dǎo)致版圖處理問題最終不可解等問題，提出了一種甚大 規(guī)模集成電路版圖數(shù)據(jù)支持方法。此方法特別針對集成電路版圖處理，從數(shù)據(jù)使用方式和內(nèi) 存擴(kuò)展方式兩個(gè)角度，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)支持解決方案，全面高效地解決處理過程中所面臨的問題。本發(fā)明的主要技術(shù)方案包括以下兩個(gè)方面第一，數(shù)據(jù)使用方式為“處理過程中直接使用壓縮數(shù)據(jù)”，其可行性依賴于一種有 界可比數(shù)據(jù)壓縮的方法，使得數(shù)據(jù)在壓縮狀態(tài)即可被上層處理邏輯快速識別并處理，提高 內(nèi)、外存的有效利用率，增強(qiáng)問題的可解性。從OASIS的巨大壓縮比可以看出版圖處理過程中，如果完全采用非壓縮的數(shù)據(jù)， 其內(nèi)、外存空間有效利用率將非常低。最理想的解決方案是讓壓縮狀態(tài)的數(shù)據(jù)在局部范圍 內(nèi)自描述邊界，并支持快速的比較，進(jìn)而在復(fù)制、比較的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)排序、查找。這種壓縮數(shù) 據(jù)的存儲位置，可能在內(nèi)存頁面中，也可能被交換到外存磁盤文件上。關(guān)鍵問題不是存儲位 置，而是數(shù)據(jù)在壓縮狀態(tài)即可被上層處理邏輯快速識別并處理。這對原有的“處理過程中必 須使用非壓縮數(shù)據(jù)”的數(shù)據(jù)使用方式是一個(gè)重大改進(jìn)。通過對版圖數(shù)據(jù)特征的深入分析，本發(fā)明提出有界可比數(shù)據(jù)壓縮的方法。這是一 種全新的數(shù)據(jù)表達(dá)方法，是本發(fā)明最重要的創(chuàng)新之處。此方法通過以下方式實(shí)現(xiàn)①壓縮格式采用一種有界可比的數(shù)據(jù)壓縮格式，壓縮狀態(tài)的數(shù)據(jù)在局部范圍內(nèi) 自描述邊界，并支持快速的比較。該格式同時(shí)支持高效的壓縮、復(fù)制、比較、解壓操作，在上 層處理過程中不必解壓縮，可以直接使用，從而有效提高內(nèi)、外存的有效利用率。②壓縮策略利用版圖數(shù)據(jù)的局部性特征，采用增量存儲、提取公因子、隱含省略 等策略，實(shí)現(xiàn)較高的壓縮比。第二，內(nèi)存擴(kuò)展方式采用一種全局虛擬磁盤文件的方法，全面支持64位數(shù)據(jù)尋址 空間，并為上層處理邏輯提供接口，支持有指導(dǎo)的內(nèi)存頁面交換策略，支持并行和分布式處 理，有效降低工具設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度，提高執(zhí)行效率，增強(qiáng)問題的可解性。通過對現(xiàn)有版圖數(shù)據(jù)工具和并行處理系統(tǒng)的綜合分析，本發(fā)明提出全局虛擬磁盤 文件的方法，這是本發(fā)明的另一個(gè)創(chuàng)新之處。此方法通過以下方式實(shí)現(xiàn)①擴(kuò)充存儲空間全局采用一個(gè)虛擬的、單一的、連續(xù)的、尺寸為16EB(2~64 Bytes)的超大文件，作為數(shù)據(jù)存儲空間。64位數(shù)據(jù)地址通過文件偏移量體現(xiàn)；上層處理邏 輯面對的訪問對象就是文件頁，以文件頁作為數(shù)據(jù)頁使用，這同時(shí)擴(kuò)充了內(nèi)存地址和內(nèi)存 空間，在32位操作系統(tǒng)和小尺寸內(nèi)存的環(huán)境下，同樣可以處理甚大規(guī)模版圖數(shù)據(jù)。②使用Cache加速訪問對文件頁的高速訪問通過Cache保證。Cache的功能被 增強(qiáng)為操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理器，掌握操作系統(tǒng)大部分剩余內(nèi)存。上層處理邏輯訪問數(shù)據(jù)時(shí)， 通過Cache將64位數(shù)據(jù)頁地址映射為平臺相關(guān)(32位/64位)的內(nèi)存指針使用。當(dāng)內(nèi)存 空間充足時(shí)，Cache從不引發(fā)文件讀寫操作，從而保證了數(shù)據(jù)訪問效率。③有指導(dǎo)的頁面交換在Cache中定義并維護(hù)內(nèi)存頁訪問鎖，上層處理邏輯顯式 地加鎖和解鎖。在Cache的頁面換出策略中增加對鎖的判斷，加鎖的頁面不允許被換出到 外存，保證了上層處理邏輯的高效訪問，避免正在密集訪問的頁面在內(nèi)、外存之間抖動(dòng)。④外存文件組織事實(shí)上，16EB或者近似規(guī)模的大文件是無法實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)有的每個(gè)文件系統(tǒng)單個(gè)文件尺寸均有上限，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于16EB。另外，由于換出時(shí)僅在若干頁的位置 寫出數(shù)據(jù)，造成文件出現(xiàn)過多“空洞”，訪問效率也會(huì)降低。實(shí)際的外存文件組織方式是，通 過合理的數(shù)據(jù)地址區(qū)域劃分，采用大量的小文件模擬邏輯上連續(xù)的大文件。⑤并行處理支持對上層邏輯提供的訪問接口采用不可重入的函數(shù)和非阻塞的函 數(shù)。不可重入保證了整個(gè)虛擬磁盤文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的線程安全，由于訪問接口不會(huì)被密集訪 問，因此不可重入的函數(shù)不會(huì)導(dǎo)致效率瓶頸。非阻塞的函數(shù)是為了方便上層處理邏輯檢測 “內(nèi)存頁資源死鎖”，當(dāng)調(diào)用失敗時(shí)也要立即返回結(jié)果；方便上層工作線程累計(jì)空等待時(shí)間， 為調(diào)度線程判斷死鎖提供依據(jù)。⑥分布式處理支持通過合理的數(shù)據(jù)地址區(qū)域劃分，可以方便實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式 存儲。每個(gè)處理節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)一個(gè)數(shù)據(jù)地址段的分配、回收，同時(shí)存儲全局的一部分?jǐn)?shù)據(jù)(來自 于本節(jié)點(diǎn)或其他節(jié)點(diǎn)的)。所有節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)形成全局?jǐn)?shù)據(jù)的一個(gè)“集合覆蓋”，保證數(shù)據(jù)完 整性?？傊?，本發(fā)明在甚大規(guī)模集成電路版圖處理領(lǐng)域，提出了一套完整可行的數(shù)據(jù)支 持解決方案。通過采用有界可比數(shù)據(jù)壓縮的方法，利用版圖數(shù)據(jù)的局部性特征，采用增量存 儲、提取公因子、隱含省略等策略，可以獲得5至10倍的壓縮比。這相當(dāng)于將內(nèi)、外存同時(shí) 擴(kuò)大到5至10倍的尺寸，使得原先很大一部分受空間限制不可解的問題變得可解。通過采 用全局虛擬磁盤文件的方法，在不明顯降低訪問速度的基礎(chǔ)上，將數(shù)據(jù)地址空間擴(kuò)充到64 位，同時(shí)采用集中的內(nèi)存頁管理和有指導(dǎo)的頁面交換，保證了高速的內(nèi)、外存交換。這一方 法通過改善空間效率進(jìn)一步改善了時(shí)間效率，使得原先很大一部分受時(shí)間限制不可解的問 題變得可解。


圖1低字節(jié)靠前無符號壓縮整數(shù)比較區(qū)域示意圖；圖2低字節(jié)靠前無符號壓縮整數(shù)比較方法流程圖；圖3全局64位數(shù)據(jù)地址劃分示意圖；圖4全局虛擬磁盤文件實(shí)現(xiàn)方案示意圖。
具體實(shí)施例方式本部分詳細(xì)說明實(shí)現(xiàn)發(fā)明的優(yōu)選方式。與主要技術(shù)方案相對應(yīng)，本部分內(nèi)容包括 以下兩個(gè)方面第一，有界可比數(shù)據(jù)壓縮方法的實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明提出的有界可比數(shù)據(jù)壓縮格式是平臺相關(guān)(32位/64位)整數(shù)的壓縮表示 方式，其壓縮結(jié)果是一段有限變長字節(jié)流(1字節(jié)至9字節(jié))。字節(jié)流滿足自描述邊界(即 字節(jié)流長度)和可比較(即通過字節(jié)流的大小關(guān)系判斷整數(shù)的大小關(guān)系)特性。具體定義 如下①無符號整數(shù)壓縮方法如表1和表2所示，分為高字節(jié)靠前和低字節(jié)靠前兩種格 式。表1高字節(jié)靠前無符號整數(shù)壓縮格式無符號整數(shù)非壓縮格式(高字節(jié)靠前)壓縮格式(高字節(jié)靠前)000000000 00000000 00000000 000000000-000000012700000000 000000000 0000000 011111110-111111112800000000 000000000 0000000 1000000010-000000 1000000016, 38300000000 00000000 00111111 1111111110-111111 111111116, 38400000000 00000000 01000000 00000000110-00000 01000000 00000000表2低字節(jié)靠前無符號整數(shù)壓縮格式
無符號整數(shù)非壓縮格式(低字節(jié)靠前)壓縮格式(低字節(jié)靠前)000000000 00000000 00000000 000000000-000000012701111111 00000000 00000000 000000000-111111112810000000 00000000 00000000 0000000010-00000011000000016, 38311111111 00111111 00000000 00000000lo-lllllllllllllll16, 38400000000 01000000 00000000 00000000110-00000100000000 01000000 無符號整數(shù)壓縮格式說明如下>字節(jié)流長度壓縮后的數(shù)據(jù)，從最高字節(jié)的最高字位開始，連續(xù)出現(xiàn)若干個(gè)“1” 加1個(gè)“0”;“1”的個(gè)數(shù)(0至8個(gè))表示后續(xù)字節(jié)數(shù)；“1”的個(gè)數(shù)為8時(shí)末尾的“0”省略不 寫；規(guī)定后續(xù)字節(jié)數(shù)(連續(xù)“1”的個(gè)數(shù))僅出現(xiàn)在最高字節(jié)，則此壓縮格式至多表示8字節(jié) 無符號整數(shù)，恰好滿足64位應(yīng)用需求。>有效數(shù)據(jù)字節(jié)流長度定義之后的所有字位(包括最高字節(jié)剩余的字位和后續(xù) 字節(jié)所有的字位)，用于表示非壓縮整數(shù)的有效數(shù)據(jù)(表中帶有下劃線的部分)。>字節(jié)順序?yàn)榱藦?fù)制和比較的需要，字節(jié)流的最低地址必須存放最高字節(jié)。高 字節(jié)靠前的字節(jié)流，已經(jīng)滿足這個(gè)條件，無需變化；低字節(jié)靠前的字節(jié)流，需要將最高地址 (對應(yīng)最高字節(jié))的一個(gè)字節(jié)移動(dòng)到最低地址，其他字節(jié)整體向最高地址方向移動(dòng)一個(gè)字 節(jié)。②有符號整數(shù)壓縮方法如表3和表4所示，分為高字節(jié)靠前和低字節(jié)靠前兩種格 式。表3高字節(jié)靠前有符號整數(shù)壓縮格式有符號整數(shù)非壓縮格式(高字節(jié)靠前)壓縮格式(高字節(jié)靠前)O00000000 00000000 00000000 00000000(O) 0-000000
權(quán)利要求
1.一種甚大規(guī)模集成電路版圖數(shù)據(jù)支持方法，當(dāng)半導(dǎo)體集成電路版圖數(shù)據(jù)規(guī)模迅速膨 脹至幾百GB甚至TB的規(guī)模時(shí)，專門針對版圖的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證操作中所面臨的內(nèi)存地址不足、 內(nèi)存空間有效利用率低、進(jìn)而加劇時(shí)間負(fù)擔(dān)、導(dǎo)致版圖處理問題最終不可解等問題，提出一 種全面高效的數(shù)據(jù)支持解決方案，其技術(shù)特征在于通過數(shù)據(jù)使用方式和內(nèi)存擴(kuò)展方式兩 個(gè)角度，提高版圖處理工具的空間和時(shí)間效率，增強(qiáng)版圖處理問題的可解性。
2.根據(jù)權(quán)力要求1所述的方法，其中數(shù)據(jù)使用方式為“處理過程中直接使用壓縮數(shù) 據(jù)”，為此提出一種有界可比數(shù)據(jù)壓縮的方法，其技術(shù)特征在于兩個(gè)方面①在壓縮格式方 面，壓縮狀態(tài)的數(shù)據(jù)在局部范圍內(nèi)自描述邊界，并支持快速的比較，數(shù)據(jù)在壓縮狀態(tài)即可被 上層處理邏輯快速識別并處理；②在壓縮策略方面，有效利用版圖數(shù)據(jù)的局部性特征，采用 增量存儲、提取公因子、隱含省略策略提高壓縮比。
3.根據(jù)權(quán)力要求1所述的方法，其中內(nèi)存擴(kuò)展方式采用一種全局虛擬磁盤文件的方 法，其技術(shù)特征在于三個(gè)方面①在擴(kuò)充存儲空間方面，全局采用一個(gè)虛擬的、單一的、連續(xù) 的、尺寸為16EB的超大文件，作為數(shù)據(jù)存儲空間，將內(nèi)存地址和內(nèi)存空間同時(shí)擴(kuò)充到64位 規(guī)模；②在頁面管理方面，通過Cache保證對文件頁的高速訪問，并維護(hù)內(nèi)存頁訪問鎖，進(jìn) 行有指導(dǎo)的內(nèi)、外存頁面交換操作；③在外存文件組織方面，通過合理的數(shù)據(jù)地址區(qū)域劃 分，采用大量的小文件模擬邏輯上連續(xù)的大文件。
全文摘要
一種甚大規(guī)模集成電路版圖數(shù)據(jù)支持方法屬于半導(dǎo)體集成電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化領(lǐng)域，主要針對甚大規(guī)模后端版圖的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證等處理操作，提供數(shù)據(jù)支持方案。本發(fā)明針對甚大規(guī)模集成電路版圖處理過程中所面臨的內(nèi)存地址不足、內(nèi)存空間有效利用率低、進(jìn)而加劇時(shí)間負(fù)擔(dān)、導(dǎo)致版圖處理問題最終不可解等問題，提出了全面高效的數(shù)據(jù)支持方法。此方法采用一種有界可比的數(shù)據(jù)壓縮方法和一種全局的虛擬磁盤文件方法，從數(shù)據(jù)使用方式和內(nèi)存擴(kuò)展方式兩個(gè)角度實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)支持解決方案，同時(shí)提高了版圖處理工具的空間和時(shí)間效率，顯著增強(qiáng)了版圖處理問題的可解性。
文檔編號G06F17/50GK102054073SQ20091021067
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月5日
發(fā)明者于士濤, 李志梁 申請人:北京華大九天軟件有限公司