以OPENACCESS为基础的PCell缓存技术

在计算机程序中，我们使用缓存技术将常用功能的结果储存到磁盘上，所以当我们执行重复的指令时，就可以不必重复执行，却能够更快速地获得结果。同样的技术也可用来加速定制IC设计中参数化单元(parameterizedcell，PCells)的显示。有些电子设计自动化(EDA)工具会自动缓存PCells以提高效能;有些要求额外的授权;而其他则完全不提供快速读取能力。除了效能优势以外，PCell缓存技术还可以让设计流程中其他的工具能够读取并使用工具专属的PCells。

　　PCells运用于模拟与定制数字电路的设计中，是在规定的一套可变参数的基础上(图1)用来定义定制IC版图工具中物理版图的软件脚本。PCells是定制设计的建构基石，提供单一可程序化PCell以取代众多不同版本的手绘单元。PCells可使非常复杂的功能自动化，维护错综复杂的关系，甚至还能够与环境互动。

　　运用版图编辑器打开包含PCells的版图查看时，工具会运行个别的PCell脚本，产生对应的版图并保存在内存中。若有参数变更–无论是手工变更或是参数属性表中的参数变更–版图编辑器都必须重新为PCell赋值并适当地变更版图。在许多工具中，储存或关闭版图时，只有PCell处理程序与处理程序专属参数会被写入到磁盘，迫使工具在每次开启时重新为PCell赋值。

　　缓存技术可用来将赋值后的PCell版图写入到磁盘，以便能够读取源头工具所产生的版图内容。若无缓存技术，除非其他工具也能够执行PCell脚本，否则以其他工具开启时将无法显现PCell版图内容。

　　专利的脚本撰写语言，不断进化的标准

　　有史以来，PCells一直都以针对个别专属的版图工具而开发的专利脚本撰写语言(例如Cadence®SKILL®)而撰写的，这导致现有的大多数PCells都无法让其他供货商的工具「看见」，因为其他工具没有运行专利脚本赋值所需的软件。

　　由于可相互操作PDK库(InteroperablePDKLibrary，IPL)联盟的努力，现在这种窘境已经彻底改变了。这个联盟发起一项标准，让所有供货商能够执行可相互操作的PCells(参照www.IPLnow.com)。IPL联盟标准中使用的PCells是运用可相互操作Python脚本撰写语言而撰写的，被其开发者Ciranova称为PyCells™。

　　现在您终于能够建立可由几乎所有EDA工具开启和修改的PCells了。

　　可相互操作的数据库实现PCELL缓存的梦想

　　所有的EDA工具都建立在基本数据库上，这些数据库以汇聚方式执行储存和取回半导体设计数据的桥接功能。直到最近，EDA工具一直都建立在专属数据库上。如果某EDA工具使用专属数据库，那么其他工具能够「看见」版图的唯一方法就是，必须转换成GDSII等通用半导体设计格式。在转换过程中，原始工具会评估PCells及其参数，然后将物理版图改写成GDSII格式的几何图形，摒弃与PCell相关的许多内容与参数。

　　一旦转换成GDSII，大多数情况下原始工具都无法识别这个版图数据。因此对PCells来说，GDSII格式转换是不可逆的。如果以专属数据库为基础的工具，用户想要检视或修改自己的PCells，就必须在设计的生命周期中每年都支付授权费给工具供货商。这就是「工具税(tooltax)」，绝无任何使用者会愿意缴纳。

　　近年来，SiliconIntegraTIonInitiative(Si2)制定的可相互操作数据库标准OPENACCESS(OA)带动了在半导体的定制IC设计中使用多种工具的风潮。这种数据库允许所有工具能够读取和写入相同的数据库，而且还能够提供让不同的工具能实时地运作于同一份内存数据。

　　符合OA规范的其他任何工具都能够看见在OpenAccess数据库中缓存的PCells。几乎各大版图编辑器与EDA业界中大多数的定制设计工具都能够–或者即将能够–至少读取和写入到OA数据库。但是，倘若采用其他供货商工具修改缓存的专利PCell，那该怎么办呢?

　　OA数据库也是PyCells的基础，可以借由PyCellAPI而让任何以OA为基础的工具来利用，而不需要缓存即可让其他工具「看到」。在符合IPL规范的工具中使用IPL标准的可相互操作组件描述格式(InteroperableComponentDescriptionFormat，iCDF)与Tcl回呼函式(callbacks)时，PyCells具备完全的相互操作性。

　　PCELL缓存对象及其运作方式

　　编译过后的PCell代码，已经可供定制IC设计工具使用，称为PCell「supermaster」。Supermaster在评估时不含参数值;在赋值期间，仅仅通过当前工具采用组件描述格式(ComponentDescripTIonFormat，CDF)–或具相互操作性CDF(InteroperableCDF，iCDF)文件提供变量。

　　以手工方式放置或调用[instantiate]PCell到版图中时，工具会从CDF档案读取预设参数，然后在内存中建立这个cell单元的专属示例版本。此版本称为PCell「submaster」。所有的预设参数，或是被修改过的参数，都会储存为专属submaster的内容。给PCell赋值时，版图编辑器会运用这些专属参数来评估submasters，将版图写入内存，并在版图编辑器中呈现其版图以供查看或编辑。下次开启版图时，PCell将不得不重新赋值来建立新的版图。试想在拥有成千上万PCell的版图中，这一定会花费很多时间。

　　但是，如果工具将submasters储存到磁盘(缓存)，那么就不需要每次都重新赋值了，可以大幅加速版图绘制时间。此外，每次建立submaster，在赋值PCell之前，工具都会先查看缓存是否含有同样的submaster，然后才建立新的版图。即使具有同样参数的同一PCell已经使用数千次(例如Contact)，仍然只需缓存保存一个版图版本到缓存中，从而节省更多时间与磁盘空间。

　　基于PCELLS的缓存技术实现相互操作性

　　当没有相互操作性PCells可供选用，或者有庞大、既有的PCells库可供选用时，缓存功能对多重工具设计环境，或在转换到更新工具的过程中，是非常实用的。在这个领域内有两大选择：

　　ExpressPCells：当今的许多PCells都是以Cadence的专利SKILL脚本撰写语言来撰写的。即使是为了在更新的CadenceOA版本中使用，SKILLPCells也不是一定可以在其他工具看到的，因为并没有自动缓存。为了在其他工具中能够「看见」，CadenceExpressPCells可用来缓存OA数据库中的单元。这使得单元以–只读–的方式让其他非Cadence工具可以看见。

　　在某些工具，可以看见程序专属参数的属性表，但不可以在其他工具中修改PCells，除非先经过处理成为简单的版图。此外，stretchhandles、auto-abutment回呼(callbacks)在其他工具中是不可见的。(有关PCell功能的详情，请参照SpringSoft网站技术单元中的ASilicon-provenInteroperablePDK一文。)

　　例如，对于使用非CadenceDRC工具的使用者而言，需要ExpressPCells才能够直接从OA执行DRC。在多工具设计流程中，不同的版图模块有不同的版图编辑器完成，对于组合这些不同的模块，ExpressPCells是一个可行的方案。当然，进一步修改基于Cadence的模块，这些模块需要全部替换，或至少修改PCell实例。这就和典型的SOC流程没有什么不同了(SOC流程中，不同的模块有不同的团队甚至不同的公司设计完成)。

　　PCellXtreme：Ciranova的PCellXtreme™也能够搭配Cadence环境，就如同ExpressPCells缓存SKILLPCells一样，可以加速开启版图的时间。然而，与ExpressPCells不同的是，PCellXtreme服务除了可以看到缓存的PCell之外，还能够读取和修改PCell参数。PCellXtreme不转换PCell代码或赋值;如果没有第二个工具要读取PCell的参数，PCellXtreme会根据Cadence的SKILLPCell生成版图放进缓存中。所以新版图是可见的并且实时刷新。因此，被其他工具修改的参数可以被所有的工具承认。这种方法需要使用者至少拥有一套授权的Cadence工具，以便赋值SKILLPCells。

　　但是，需要注意的是PCellXtreme并不能实现回呼(callbacks)。回呼是许多PCell参数的关键元素，因为他们被用来通过输入的参数来计算相对值、逾限值(outofboundsvalues)等等。所以，单纯只有参数传递是不够的。若要实现在非Cadence工具中的回呼功能，对其他工具来说，必须要有与IPLAllianceReferenceflow1.0中定义的TCL回呼完全一样的可相互操作回呼功能，以供其他工具使用。对于Cadence环境，包括IPL库中运行的客户操作PCell，双重回呼是必须的，因此TCL回呼存在更多的互操作环境是值得期待的。这两个回呼只要适当的设置，所有参数的互操作都可以实现。

　　因为stretchhandles与auto-abutment是随着版图而缓存的OA内容，使用者可以TCL或其他可相互操作的脚本撰写语言来写入对等的stretchhandle与auto-abutment程序，以吻合SKILL功能。移动stretchhandle会导致版图编辑器更新相关的参数、触发相关的回呼。参数变更会导致PCellXtreme产生和缓存修改后的版图，如同前述手工输入的参数变更一般。Auto-abutment也会以同样的方式而实现。

　　总结

　　PCell缓存技术是在以OPENACCESS为基础的工具中重复利用原有版图数据的实用做法，为使用者提供更高的相互操作性，远胜过参数化单元的GDSII转换作法。

　　虽然具备最高相互操作性的解决方案就是使用IPLAlliance的可相互操作PyCells、回呼、CDF与stretchhandle/auto-abutment技术，PCell缓存技术在一个新的OA工具、混合设计环境中对于使用遗留的PCell是一个切实可行的方法;或者单纯以加速既有工具为目的，也是很好的解决方案。