In-place MBFF實(shí)現(xiàn)

相較于僅基于邏輯連接的MBFF封裝，如果考慮到布局的實(shí)際情況，那么就有physical aware的in-place的MBFF封裝實(shí)現(xiàn)，這種思路可以應(yīng)用在常見的DCT/DCG/genus_PLE 等綜合流程。
和in-compilre相比，這種in-place的MBFF封裝，最大的優(yōu)勢(shì)，就是physical aware。譬如如下示意圖：

可見，工具將距離較近的SBFF封裝成了MBFF，簡(jiǎn)單而言，工具的在封裝MBFF時(shí)候會(huì)更為謹(jǐn)慎（嚴(yán)苛），相應(yīng)的MBFF的封裝比率也自然會(huì)下降。

這里以DCT為例，它提供了一種in-place的MBFF實(shí)現(xiàn)方式：一種基于綜合結(jié)果的MBFF封裝方法。具體實(shí)現(xiàn)方法如下

		

			set_multibit_options -mode none
compile_ultra -gate_clock -scan -spg identify_register_banks source MBFF_SCR
compile_ultra -gate_clock -scan -incremental -spg 
		

和In-compile相比，這里需要注意兩個(gè)地方

• 在compile命令中，跳過MBFF封裝步驟
• 使用spg模式運(yùn)行compile命令
• 基于綜合結(jié)果使用命令identify_register_banks，完成MBFF的in-place體交換。效果見下圖：
  
  PS：封裝后的MBFF的坐標(biāo)，是在原始SBFF的中間位置
• MBFF優(yōu)化后，需要使用compile -incremental進(jìn)行進(jìn)一步增量?jī)?yōu)化，來平抑MBFF帶來的QoR影響

這種in-place的MBFF替換有下列好處

• 基于實(shí)際物理布局的情形進(jìn)行MBFF有效替換：
• 相較常規(guī)的MBFF有了物理布局影響的考量，可以有針對(duì)性地進(jìn)行MBFF封裝，這個(gè)對(duì)于最終的物理實(shí)現(xiàn)有很好的幫助
• 傳統(tǒng)的in-compilre的MBFF封裝，先做封裝，再做優(yōu)化，這樣很有可能導(dǎo)致優(yōu)化受限
• 可選擇的基于WNS的封裝方式，可以有效控制MBFF封裝對(duì)WNS的影響

綜上可以看出，如果是使用了in-place方式進(jìn)行MBFF優(yōu)化，那么這個(gè)布局的結(jié)果，一定是要傳遞給后端版圖工具，所以需要SYN和APR聯(lián)動(dòng)起來，S家的流程如下：

# SYN flow: dc_shell> set hdlin_infer_multibit never\|default_none
dc_shell> compile_ultra -gate_clock -scan -spg dc_shell> identify_register_banks 
dc_shell> compile_ultra -gate_clock -scan -incremental -spg dc_shell> write_file -format ddc -hierarchy top.ddc #APR flow: icc_shell> create_mw_lib ...
icc_shell> read_ddc
icc_shell> ...... icc_shell> place_opt_design -spg ...... 

可以看到。S家是通過SPG flow將此信息緊密聯(lián)動(dòng)的，所以說，如果用戶使用了in-place的MBFF的流程，那么需要使用SPG流程完成這個(gè)信息的有效傳遞。相較傳統(tǒng)的in-compile的MBFF流程，MBFF的對(duì)APR實(shí)現(xiàn)的挑戰(zhàn)會(huì)變小。

APR階段的MBFF封裝

從上述的描述可以看到，綜合里邊可以有效地處理MBFF的封裝實(shí)現(xiàn)。對(duì)應(yīng)的，基于MBFF的封裝原理，除過上述SPG的MBFF流程外，APR階段也可以自己對(duì)MBFF進(jìn)行封裝，以實(shí)現(xiàn)PPA的優(yōu)化。市面上常見的APR工具是S家ICC/ICC2和C家的innovus，這兩個(gè)工具都可以對(duì)MBFF進(jìn)行封裝，原理是類似的，具體描述見下：

• ICC flow

基于對(duì)place 步驟的拆解，這里可以分為三個(gè)方法

1. Flow1：SPG flow，參見上述綜合的In-place MBFF封裝方法
2. Flow2：coarse placement MBFF flow

icc_shell> create_mw_lib ...
icc_shell> read_verilog
icc_shell> ...... icc_shell> set_banking_guidance_strategy \ -input_map_file MBFF_map.file \ -register_group_file MBFF_reg_grp.rpt \ -output_file MBFF_assembly.tcl
icc_shell> create_placement ...... icc_shell> source ./MBFF_assembly.tcl
icc_shell> place_opt_design -skip_initial_placement ...... 

先配置MBFF的應(yīng)用策略，再創(chuàng)建粗布局（coarse placement），工具這個(gè)時(shí)候會(huì)根據(jù)粗布局的結(jié)果，構(gòu)建MBFF封裝方式，這個(gè)和in-place的MBFF封裝流程類似，然后用戶將導(dǎo)出的文件MBFF_assembly.tcl讀入，完成MBFF的封裝動(dòng)作。最后使用place_opt_desing進(jìn)行增量式優(yōu)化，完成MBFF的封裝實(shí)現(xiàn)。上述的兩個(gè)輸入文件：MBFF_map.file和MBFF_reg_grp.rpt都是在DC工具通過命令write_multibit_guidance_files來導(dǎo)出，以便指導(dǎo)ICC的MBFF封裝方式。

1. Flow3：place_opt MBFF flow

icc_shell> place_opt 
icc_shell> set_banking_guidance_strategy \ -input_map_file MBFF_map.file \ -output_file MBFF_assembly.tcl
icc_shell> create_banking_guidance
icc_shell> source MBFF_assembly.tcl
icc_shell> psynopt 

基于SBFF的網(wǎng)表，完成正常的place_opt，然后基于物理布局結(jié)果，進(jìn)行MBFF的封裝實(shí)現(xiàn)，最后再做一次增量?jī)?yōu)化，即可完成MBFF的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)過程。如下圖示例：

• INVS flow

相較于S家的多個(gè)流程的選擇，C家的流程比較簡(jiǎn)單，這個(gè)也符合兩家一貫的風(fēng)格，S家細(xì)致貼心，C家直接高效。C家除過對(duì)MBFF的封裝（merge）以外，也會(huì)支持對(duì)MBFF打散（split），這些只需要在place階段進(jìn)行直接配置就好

invs_shell> setOptMode \ -multiBitFlopOpt {true| false | mergeOnly | splitOnly} \ -multiBitFlopOptIgnoreSDC {true | false} 

其中：

multiBitFlopOpt==true： timing_driven 下的MBFF封裝和打散 multiBitFlopOpt==false： 禁止MBFF操作，數(shù)據(jù)庫(kù)里邊已有的MBFF不受影響 multiBitFlopOpt==mergeOnly： timing_driven 下做MBFF的封裝操作 multiBitFlopOpt==splitOnly： timing_driven 下做MBFF的打散操作 

任何階段設(shè)置了setOptMode配置，任何階段使用place_opt_design | optDesign等命令，都會(huì)根據(jù)這個(gè)設(shè)定進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，這個(gè)選項(xiàng)也會(huì)被完整地保存在invs的數(shù)據(jù)庫(kù)中。在invs的任何優(yōu)化后的數(shù)據(jù)庫(kù)中，可以使用命令reportMultiBitFFs -statistics 對(duì)MBFF的替換結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)報(bào)告：這個(gè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)和DC有一些相似之處，但是對(duì)于MBFF替換比率的表達(dá)，這里采用了Bit Per Flop：平均計(jì)算下，單個(gè)FF可以承擔(dān)的FF bit數(shù)量。這個(gè)值越高，說明MBFF的替換比率就越高，反之亦然。Invs還提供了一個(gè)pin map的報(bào)告文件，（PS：這個(gè)需要在invs的session里邊導(dǎo)出），命令是：dumpMultiBitFlopMappingFile。這個(gè)可以生成

• MBFF的封裝（merge）和打散（splie）的動(dòng)作細(xì)節(jié)；
• 原先的SBFF（D/Q）和MBFF（D*/Q*）的pin mapping的對(duì)應(yīng)關(guān)系

MBFF的命名

基于上述MBFF的實(shí)現(xiàn)方法和流程，MBFF的產(chǎn)生通常分為四種

• DC的in-compile 封裝MBFF
• DC的in-place封裝MBFF
• ICC的in-place封裝MBFF
• Invs的in-place封裝MBFF

1. 手冊(cè)給出的示范如下

但是經(jīng)過測(cè)試，得到的是類似下列的封裝方式：這種命名方式可能會(huì)對(duì)formal的mapping有一定挑戰(zhàn)，需要注意一下

1. 第二種和第三種都是in-place的方式，也是使用工具導(dǎo)出的命令進(jìn)行MBFF的封裝，這樣如果命名不是很友好，用戶可以通過調(diào)整腳本進(jìn)行命名維護(hù)，對(duì)用戶后期的工作較為友好

這個(gè)默認(rèn)模式就是簡(jiǎn)單將FF的名字使用”_”進(jìn)行連接。

1. 第四種是invs是在in-place步驟進(jìn)行封裝的，用戶對(duì)命名不能干預(yù)，

Invs的方法比較友好，前邊使用了CDN_MBIT作為MBFF的引示，中間每一個(gè)SBFF都用MB進(jìn)行引示，這個(gè)命名規(guī)則比較好理解，formal也比較容易區(qū)分。常言道，簡(jiǎn)潔即簡(jiǎn)單，看來invs不讓用戶干預(yù)命名，還是對(duì)自己的處理很有自信的。

流程梳理和推薦

基于上述陳述，對(duì)于MBFF的優(yōu)化方式已經(jīng)有了比較全面的理解，這里提供一些具體的數(shù)據(jù)供各位參考：

1. DCT采用in-place的MBFF封裝流程：

1. invs基于netlist，進(jìn)行的MBFF封裝流程

1. invs基于DCT in-place的netlist，進(jìn)行的MBFF封裝流程
   

   

結(jié)合上述結(jié)果，和各個(gè)流程的特點(diǎn)，這里有一些建議和推薦

• MBFF可以在三個(gè)步驟進(jìn)行封裝實(shí)現(xiàn)：RTL，SYN，APR
• 綜合階段通常只作封裝，不做打散，
• APR階段需要基于時(shí)序進(jìn)行封裝和打散，timing driven依賴
• MBFF的封裝對(duì)SBFF的布局有嚴(yán)重依賴：這點(diǎn)符合timing driven的目的

基于此，這里推薦兩個(gè)flow供大家選擇

• SYN-APR MBFF flow
• SYN 打開MBFF優(yōu)化流程
• APR需要加載SYN吐出的initial placement DEF或者ddc。
• APR 使用skip_initial_placement 的place_opt命令，完成對(duì)MBFF的APR實(shí)現(xiàn)
• APR MBFF flow
• 基于SBFF的綜合數(shù)據(jù)，在APR的place_opt階段開始實(shí)現(xiàn)MBFF
• 時(shí)序驅(qū)動(dòng)模式下，工具可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)后續(xù)步驟的MBFF的封裝和打散操作

【敲黑板劃重點(diǎn)】

MBFF的流程貫穿在整個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，最終的服務(wù)對(duì)象還是APR和時(shí)序分析。通過理解其流程，可以做出適用于自身設(shè)計(jì)的方案選擇，有效利用其優(yōu)勢(shì)，讓MBFF助力設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，