论PR | Innovus 中cell density计算解析

Density 计算公式：

Density 又称Utilization, 计算公式如下。

leaf cell 面积跟可用总面积的计算，受多种因素影响：

• 通常leaf cell 包括std cell 跟hard macro;
• 在计算Density 的时候，如果hard macro 的placement status 是FIXED 或COVER, 则Hard macro 的面积不算在『leaf cell 面积』 跟『可用总面积』内，Hard macro 的面积包含Block halos;

• 如果hard macro 的placement status 是PLACED, 则Hard macro 的面积会算在『leaf cell 面积』 跟『可用总面积』内；
• leaf cell 的面积可从lib 直接读出，也可从lef 中读出『SIZE X BY Y』计算得到；通常std cell 和hard macro 是矩形，从lib 中读出的面积跟从lef 中读出『SIZE X BY Y』计算得到的面积是相等的；但是有些hard macro 是多边形，此时从lib 中读出的面积跟从lef 中读出『SIZE X BY Y』计算得到的面积是不同的，对于多边形hard macro, 在LEF 中会有『 LAYER OVERLAP 』的定义; 不同工具的不同命令在用lef 报hard macro 的面积时对多边形的处理会不同，有的命令直接用『SIZE X BY Y』有的命令会将OVERLAP 部分减去。

• 在Innvous 中如果设了cell padding, 则cell padding 要算在leaf cell 面积中；
• 可用总面积指可以用于放置std cell 的面积，可以理解为ROW 的面积减去Blockage 的面积；
• 在Innovus 中，如果Stripes on layers specified as obstructions, 会被当做placement blockage 所以这部分面积会被从可用总面积中减去；
• 对于physical only 的cell, 不同工具不同命令在计算面积时有所差别。

Innovus 中Density 的report

在Innovus 中可用如下命令来report density, 不同命令的应用场景和计算方式有所不同。

optDesign, timeDesign

timeDesign, optDesign, 都会在timing summary table 之后给出一个density 值，这几个命令，都不把fixed/cover cell 计算在内，如：

placeDesign

placeDesign, place_opt_design 同样会在timing summary table 之后给出一个density 值，也不把fixed/Cover cell 计算在内；但总可用面积的计算方式稍有不同，如在Innovus 中设置了setPlaceMode -maxDensity Dvalue, 则『实际总可用面积= 总可用面积 * Dvalue 』；同时，placeDesign 会将一些small channel 从总可用面积中减去；此处无具体公式，总而言之placeDesign 在计算density 时用的是一个复杂的内部算法。

checkPlace

checkPlace 会分别报出包含fixed cell 跟不包括fixed cell 的Density, 如：

checkFPlan -reportUtil and report_qor

checkFPlan -reportUtil 会报出core utilization 跟effective utilization:

• core utilization: 不考虑blockage, cell padding 等因素的影响；
• effective utilization: 考虑blockage, cell padding 等因素的影响。

需要强调的一点：checkFPlan -reportUtil 会将soft blockage 跟partial placement blockage 从总可用面积中减掉。

place_opt_design 在global placement 开始时报的Density 可能会比timing summary 或checkFPlan -reportUtil 报得值大，这是由于place_opt_design 为了解congestion 使用了auto density screens 导致的，auto density screens 对用户不可见，但是可以从innovus log 中看到auto density screens 对density 的影响：

report_qor 是Innovus common UI 的命令，其行为跟checkFPlan -reportUtil 一致。

queryDensityInBox

queryDensityBox 会分别报出std cell, hard macro, power metal, placement Obs 的density.

其中：

• StdInstArea = area of standard cells + area of physical cells;
• physical cell 包括：filler, Endcap, welltaps, power shutoff (PSO), Decaps cells 等；
• freeSpace = core area - blocked core area;
• blocked_core_area is the area blocked by the hard macros, power stripes (determined by setPlaceMode -prerouteAsObs setting), and placement blockages.
• FIXED cells and cell padding do not effect the calculation. 
• macroInstArea = area_of_hard_macros
• totArea = total_core_area
• powerMetalArea = area_of_power_stripes
• setPlaceMode -prerouteAsObs is used to determine if the power stripes block the cells from being placed under them.
• PlacementObsArea = area_of_placement_blockages

reportDensityMap

reportDensityMap 会生成一个用颜色标示的Density 分布图跟一个density report. 默认，reportDensityMap 不把fixed cell 计算在内，可以通过设置如下命令，将fixed std cell 计算在内，但是不会把fixed macro 计算在内。reportDensityMap 主要用于report hotspots.  需要用queryPlaceDensity 跟GUI 来确定Density 的分布跟问题。

summaryReport

summaryReport 会报出更详细的信息，其report 内容为：