VLSI CIRCUIT PARTITIONING,PLACEMENT & ROUTING

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  • 8/10/2019 VLSI CIRCUIT PARTITIONING,PLACEMENT & ROUTING

    1/8

    P A R T I T I O N I N G - B A S E D S T A N D A R D - C E L L G L O B A L P L A C E M E N T

    W I T H A N E X A C T O B J E C T I V E

    D e n n i s J . - H . H u a n g

    y

    a n d A n d r e w B . K a h n g

    y z

    y

    U C L A C o m p u t e r S c i e n c e D e p t . , L o s A n g e l e s , C A 9 0 0 9 5 - 1 5 9 6 U S A

    z

    C a d e n c e D e s i g n S y s t e m s , I n c . , S a n J o s e , C A 9 5 1 3 4 U S A

    A B S T R A C T

    W e p r e s e n t a n e w t o p - d o w n q u a d r i s e c t i o n - b a s e d g l o b a l

    p l a c e r f o r s t a n d a r d - c e l l l a y o u t . T h e k e y c o n t r i b u t i o n i s

    a n e w g e n e r a l g a i n u p d a t e s c h e m e f o r p a r t i t i o n i n g t h a t

    c a n e x a c t l y c a p t u r e d e t a i l e d p l a c e m e n t o b j e c t i v e s o n a

    p e r - n e t b a s i s . W e u s e t h i s g a i n u p d a t e s c h e m e , a l o n g

    w i t h a n e c i e n t m u l t i l e v e l p a r t i t i o n e r , a s t h e b a s i s f o r a

    n e w q u a d r i s e c t i o n - b a s e d p l a c e r c a l l e d Q U A D . E v e n t h o u g h

    Q U A D i s a g l o b a l p l a c e r , i t c a n a c h i e v e s i g n i c a n t i m p r o v e -

    m e n t s i n w i r e l e n g t h a n d c o n g e s t i o n d i s t r i b u t i o n o v e r G O R -

    D I A N - L D O M I N O S D J 9 1 D J S 9 4 a l e a d i n g q u a d r a t i c

    p l a c e r w i t h l i n e a r w i r e l e n g t h o b j e c t i v e a n d d e t a i l e d p l a c e -

    m e n t i m p r o v e m e n t . Q U A D c a n b e e a s i l y e x t e n d e d t o

    c a p t u r e v a r i o u s p r a c t i c a l c o n s i d e r a t i o n s ; o u r t i m i n g - d r i v e n

    p l a c e m e n t c a n o b t a i n w i r e l e n g t h s a v i n g s a s w e l l a s s m a l l

    c y c l e t i m e i m p r o v e m e n t s v e r s u s t h e S P E E D R E 9 5 .

    1 . I N T R O D U C T I O N

    I n t h e p h y s i c a l i m p l e m e n t a t i o n o f h i g h - p e r f o r m a n c e , c o m -

    p l e x d e e p - s u b m i c r o n i n t e g r a t e d c i r c u i t s , m o d u l e p l a c e m e n t

    i s a c r i t i c a l s t e p . G i v e n x e d d e c i s i o n s f r o m t h e u p s t r e a m

    s t a g e s o f t h e c h i p d e s i g n o w n a m e l y , m i c r o a r c h i t e c t u r e

    d e s i g n , c h i p t i m i n g , c h i p p l a n n i n g , l o g i c s y n t h e s i s a n d p h y s -

    i c a l o o r p l a n n i n g i t i s p l a c e m e n t s o l u t i o n q u a l i t y t h a t i s

    t h e m a j o r d e t e r m i n a n t o f w h e t h e r t i m i n g c o r r e c t n e s s a n d

    r o u t i n g c o m p l e t i o n c a n b e a c h i e v e d . T h i s p a p e r d e s c r i b e s

    a n e w p l a c e m e n t t o o l f o r t h e s t a n d a r d - c e l l m e t h o d o l o g y ;

    w e a s s u m e a r o w - b a s e d l a y o u t w i t h u n i f o r m m o d u l e h e i g h t s

    a n d v a r i a b l e m o d u l e w i d t h s , w i t h i n s t a n c e s i z e s o f u p t o

    s e v e r a l t e n s o f t h o u s a n d s o f c e l l s b e i n g o f g r e a t e s t i n t e r -

    e s t . F o r o v e r v i e w s o f s t a n d a r d - c e l l p l a c e m e n t , s e e , e . g . ,

    L e n g a u e r L e n 9 0 o r S h a h o o k a r a n d M a z u m d e r S M 9 1 .

    A V L S I c i r c u i t n e t l i s t c o n s i s t s o f a s e t o f m o d u l e s c e l l s

    c o n n e c t e d b y s i g n a l n e t s . I n t h e c o r r e s p o n d i n g e d g e -

    a n d v e r t e x - w e i g h t e d n e t l i s t h y p e r g r a p h N V E w i t h V =

    T h i s w o r k w a s s u p p o r t e d b y a g r a n t f r o m C a d e n c e

    D e s i g n S y s t e m s , w h e r e A B K i s c u r r e n t l y V i s i t i n g S c i e n -

    t i s t o n s a b b a t i c a l l e a v e f r o m U C L A a b k @ c s . u c l a . e d u ,

    a k @ c a d e n c e . c o m . D e n n i s J . - H . H u a n g i s c u r r e n t l y a t S y n o p -

    s y s , I n c . d h u a n g @ s y n o p s y s . c o m .

    f v

    1

    v

    2

    ; : : : ; v

    n

    g a n d E = f e

    1

    e

    2

    ; : : : ; e

    m

    g , t h e n v e r t i c e s c o r -

    r e s p o n d t o n e t l i s t m o d u l e s c e l l s a n d t h e m h y p e r e d g e s

    c o r r e s p o n d t o s i g n a l n e t s . E a c h h y p e r e d g e e 2 E i s a s u b -

    s e t o f V c o n t a i n i n g o n e s o u r c e v e r t e x , w i t h t h e r e m a i n i n g

    v e r t i c e s o f t h e h y p e r e d g e b e i n g s i n k s . T h e i n p u t t o a p l a c e r

    i s a s s u m e d t o b e t h e n e t l i s t a n d c e l l l i b r a r y i n f o r m a t i o n .

    D e n e t h e l o c a t i o n o f a c e l l a n d a l l i t s p i n s t o b e t h e

    l o c a t i o n o f i t s c e n t e r . A p l a c e m e n t o f t h e n c e l l s i n V i s a n

    a s s i g n m e n t o f c e l l s t o l o c a t i o n s i n t w o - d i m e n s i o n a l p l a n e .

    T h e p l a c e m e n t i s l e g a l i f c e l l s a r e n o t o v e r l a p p e d a n d a r e

    p l a c e d w i t h i n t h e p r e s c r i b e d r o w c o o r d i n a t e s . T h e p l a c e r

    t y p i c a l l y s e e k s a l e g a l p l a c e m e n t o f V , s u c h t h a t l a y o u t

    a r e a i s m i n i m i z e d w h i l e m a i n t a i n i n g a u t o - r o u t a b i l i t y a n d

    s a t i s f y i n g t i m i n g a n d o t h e r p e r f o r m a n c e c o n s t r a i n t s . F o r

    c e l l - b a s e d p l a c e m e n t , t h e r s t - o r d e r o b j e c t i v e i s t o p l a c e

    c o n n e c t e d c e l l s c l o s e r t o g e t h e r t o r e d u c e b o t h w i r e l e n g t h

    a n d l o w e r b o u n d s o n s i g n a l d e l a y . T h u s , m o s t p l a c e r s h a v e

    a m i n i m u m - w i r e l e n g t h o b j e c t i v e : G i v e n a n e t l i s t N V E

    n d a l e g a l p l a c e m e n t s u c h t h a t

    P

    e 2 E

    c o s t e i s m i n i m i z e d ,

    w h e r e c o s t e i s t h e r o u t i n g c o s t o f t h e n e t e

    I t i s d i c u l t t o e s t i m a t e r o u t e d w i r e l e n g t h , a n d h e n c e

    o n l y s i m p l e e s t i m a t e s a r e u s e d i n p r a c t i c e . L e t M S T e

    d e n o t e t h e m i n i m u m s p a n n i n g t r e e M S T c o s t o v e r t h e l o -

    c a t i o n s o f c e l l s b e l o n g i n g t o n e t e . A l s o , l e t H P e d e n o t e

    t h e h a l f p e r i m e t e r o f t h e m i n i m u m e n c l o s i n g b o u n d i n g b o x

    o f t h e l o c a t i o n s o f c e l l s b e l o n g i n g t o n e t e . I n p r a c t i c e , t o -

    t a l M S T c o s t a n d t o t a l H P c o s t a r e t h e m o s t c o m m o n l y

    u s e d w i r e l e n g t h e s t i m a t e s f o r w i r e l e n g t h d r i v e n p l a c e m e n t ;

    a n y o t h e r p r a c t i c a l e s t i m a t e n e e d s t o h a v e s i m i l a r l y l o w

    t i m e c o m p l e x i t y o f e v a l u a t i o n . F o l l o w i n g s e v e r a l p r e v i o u s

    w o r k s , w e w i l l u s e t h e M S T e s t i m a t e f o r i l l u s t r a t i v e p u r -

    p o s e s a n d t o e v a l u a t e t o t a l w i r e l e n g t h o f o u r p l a c e m e n t s ;

    h o w e v e r , o u r p l a c e r h a n d l e s a r b i t r a r i l y c o m p l i c a t e d p e r - n e t

    p l a c e m e n t o b j e c t i v e s .

    2 . P A R T I T I O N I N G - B A S E D P L A C E M E N T

    O u r p r o p o s e d p l a c e m e n t a p p r o a c h i s b a s e d o n t o p - d o w n

    p a r t i t i o n i n g . I n t h i s s e c t i o n , w e r s t r e v i e w t h e t r a d i t i o n a l

    K L - F M i t e r a t i v e p a r t i t i o n i n g a p p r o a c h , a l o n g w i t h i t s

    g a i n u p d a t e s c h e m e . W e t h e n r e v i e w s e v e r a l p a r t i t i o n i n g -

    b a s e d p l a c e m e n t t e c h n i q u e s i n t h e l i t e r a t u r e , c e n t e r i n g o n

    t h e i s s u e o f t e r m i n a l p r o p a g a t i o n . W e w i l l o m i t d i s c u s s i o n

    o f l o c a l - i m p r o v e m e n t t e c h n i q u e s e . g , s i m u l a t e d a n n e a l i n g

    S S 9 3 S S 9 5 a n d D O M I N O D J S 9 4 .

    2 . 1 . G a i n U p d a t e i n I t e r a t i v e P a r t i t i o n i n g

    I t e r a t i v e i m p r o v e m e n t h e u r i s t i c s f o r n e t l i s t p a r t i t i o n i n g t y p -

    i c a l l y s t a r t w i t h a n i n i t i a l s o l u t i o n a n d m a k e a s e r i e s o f

    p a s s e s . E a c h p a s s i t e r a t i v e l y d e t e r m i n e s t h e m o v e o f o n e

    o r m o r e c e l l s w h i c h a c h i e v e s t h e b e s t p o s s i b l e g a i n i n t h e

    p a r t i t i o n i n g o b j e c t i v e . A f t e r a l l c e l l s h a v e b e e n m o v e d i n

  • 8/10/2019 VLSI CIRCUIT PARTITIONING,PLACEMENT & ROUTING

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    a g i v e n p a s s , t h e b e s t s o l u t i o n s e e n d u r i n g t h e e n t i r e p a s s

    i s s e l e c t e d ; t h e n e x t p a s s b e g i n s w i t h t h i s s e l e c t e d s o l u t i o n .

    T h e p r o c e s s t e r m i n a t e s w h e n a l o c a l m i n i m u m i s r e a c h e d ,

    i . e . , t h e c u r r e n t p a s s d o e s n o t i m p r o v e t h e o b j e c t i v e . C o m -

    p u t i n g a n d u p d a t i n g g a i n d a t a i s t h e h e a r t o f t h e i t e r a t i v e

    i m p r o v e m e n t a p p r o a c h .

    T h e p r o t o t y p e i t e r a t i v e h