Physic Design：Floorplan算法概览

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1 floorplan是什么

floorplan常被翻译成布图规划，是指在芯片级别上对模块进行布局，也就是哪个单元放在什么地方，但是单元内部的具体布局并不关心。该步骤为芯片版图设计中的关键步骤之一，因为在这一步会影响芯片的面积、能否成功布线以及布线线长等诸多关键指标和步骤。

图1. 布图规划就是确定这些Block的形状和相对位置，但是对Block内部不关注，一个Block可能是一个加法器或者其它什么。至于图中所示的三种类型（临接，通道、临界+通道），目前是不重要的。图片引用自 http://www.signoffsemi.com/floorplan-placement-2/

2 目标是什么

floorplan的首要目标就是给模块指定一个最佳的形状（如果需要指定的话），给出模块间的最佳的相对位置关系。这里需要先区分一个概念，module和block（这里对应的中文我记成模块和砖块）。一个加法器的原理图是一个模块，也就是我们知道一个加法器是由一个半加器和进位电路组成的，但是在版图中这个加法器长宽分别是多少，我们是不知道的。当其长宽确定下来之后，就称成为一个砖块（Block），就相当于砖，和建房子的砖没啥区别，就是说可以用这个砖块来构建版图啦，所以翻译成砖块。在设计好芯片的逻辑关系后，更具输入的是砖块还是模块可能面临三种状况：

（1）输入的对象都是砖块（block）。也就是说，构建版图时，使用的基本构图单元（加法器）已经被规定好了，只能使用，不能改变形状和大小。但是这些砖块间的位置是floorplan需要去确定的。

（2）输入的对象是模块（module）。也就是说，构建版图时，使用的基本构图单元（加法器）没有被规定死，可以指定其长宽比例（面积基本上变不了，因为加法器里的东西需要地方放）。这种情况下，floorplan需要为这些模块指定长宽比例使得模块变成砖块，然后还要指出这些砖块之间的相对位置。

（3）当然是混合型，输入既有砖块又有模块。略。

但是这里有一个问题就是什么样算是最佳？或者换一种说法，显然floorplan是一个优化问题，那么优化的目标是什么呢？一般来说有一下几点：

（1）使芯片面积最小；

（2）使得模块之间的连线最短，这也就意味着延迟小；

（3）模块之间拥塞尽可能小，也就是说，模块之间有足够的空间让互连线通过；

优化目标可能是其中一个也可能是其中的很多，如果要同时满足多个优化目标的话，可以为这些目标分配权重，形成一个综合的优化目标函数。（但笔者认为，这实在是一种有些天真但在一定程度上可接受的做法，相当于超参数）

f=a*area+b*wirelength+c*congestion (a+b+c=1)

3 常见的算法有哪些

在这里，再重述一遍floorplan的主要目标，（1）指定模块的形状，（2）给出模块间的相对位置。目前几乎所有的数字芯片设计都会使用物理设计EDA工具，其中自然就包含floorplan工具，既然是自动化工具，就比然有相应的算法。总体上来说，floorplan可以分为三类（Susmita Sur-Koay）：

（1）构造型算法。这一类算法旨在指出砖块之间的相对位置。这一类算法有slicing embedding，hierarchical enumeration和dual graph等。

（2）迭代型算法。这一类算法旨在将模块变成砖块，也就是为模块确定长宽比。这一类算法有模拟退火，遗传算法，力导向等。

（3）基于特定知识的算法。这一类算法企图同时完成这两件事情。

参考文献

Susmita Sur-Koay. Handbook of Algorithms for Physical Design Automation. p140.