APR，全稱為auto placement & route。目前已經基本成為芯片後端設計的代名詞了，因為在芯片後端設計中，可以說placement and route是至關重要的兩步，并且在EDA tool如此發達的今天，靠人工一個個手擺cell，再去繞線是不現實的。因此使用工具可以說是現代芯片設計的必須的事情，所以我們經常說做芯片後端，有的時候就是指代做APR，或者說做芯片物理設計等等。當然需要明确的是，芯片後端所涵蓋的内容不僅僅是APR，隻是APR是其中一個重要的部分了。

可能在早期，我們還會說P&R，placement&route。但現在，幾乎沒有誰可以繞過auto，也就是利用tool。所以漸漸的大家的稱呼也就變成APR了。那麼，它的具體含義是什麼呢？從名字就可以看出，中文就是擺放和繞線，實際上，APR大緻可以分為4個步驟：布局floorplan、單元擺放placement、時鐘樹綜合CTS（clock tree synthesis）、繞線route。下面我就進行一下簡單的介紹。

Floorplan，布局規劃。要知道，我們在進行任何項目的時候，都要首先對所要做的工作有一個大緻的藍圖規劃，比如建高樓需要先想這個樓要在哪建，建幾層，建多高等等，芯片的規劃也不例外。我們首先要确定芯片的面積，确定core和die的尺寸，io的位置，bump的位置，先把macro ip什麼的擺好。Floorplan有的時候也可以說包含了powerplan，我們一般在這一步就要畫好PG，确定芯片的電壓域，保證PG和macro連接正常。Floorplan是至關重要的一步，它深刻影響了之後的芯片性能會是什麼樣子。這裡介紹的比較簡單，以後我可能會專門各個stage都來寫一篇。

Placement，單元擺放。這一步我們特指标準單元的擺放，io單元和macro等都是在floorplan階段擺放完成的。我們在導入netlist和各個cell的物理庫文件後，不論是icc2還是innovus，初始狀态這些cell全部是疊在一起的，都在一個位置。而placement最重要的任務，就是把這些cell擺好，不能有重疊，不能有legalization的問題，不能有FE DRC。這就很類似于一堆散亂的樂高積木，我們要把它一個個的在地上鋪好。在place的時候，并不僅僅要求把cell鋪開就行了，這個時候就要考慮cell之間的繞線了，盡量把聯系比較緊密的cell放在相近的位置啊，但又不能放的過于密集導緻density過高出現congestion的問題啦，power能不能供上電啦等等，需要考慮的因素有很多。而它的核心任務就是擺放這些标準單元。

CTS，時鐘樹綜合。我們的芯片設計中包括組合邏輯和時序邏輯，時序邏輯器件包括flip-flop和latch。所有的時序邏輯器件都需要接時鐘信号，時鐘信号就像芯片的心髒一樣，芯片的運轉就在它的跳動中産生。因此，我們的net就可以分為一般的信号線signal net和時鐘線clock net，時鐘網絡上的cell可以成為clock cell。顯然，我們要對芯片的timing有約束要求，那麼保證一個良好時鐘是非常重要的，因此clock net的優先級要比signal net的優先級高，所以我們要在route之前先做CTS。而CTS也不單單指clock net的繞線，它要生成一個clock tree，就需要插入一些buffer、inverter，其最基本的目的，就是想要保證時鐘信号到達每個時序邏輯器件的時間都相同，也就是clock skew要等于0。先不深入太多了，總之CTS就是來生成一個時鐘網絡并且把clock net繞好。

Route，繞線。特指signal net的繞線。這一步需要繞的線就多如牛毛，需要避開前面的PG和時鐘線，不能有open、short，不能有drc，在能繞通的情況下要考慮timing、power等。要知道，有的時候可能是繞不通的，可能是從floorplan開始這裡的繞線資源就很緊張，或者placement擺了太多cell在附近，這樣就必須回到floorplan或者placement重新來過，這樣就很費時間。要知道現在的電腦來跑一個芯片，每個stage可能要十幾個小時，所以在每個stage跑完适時進行check是很有必要的。有的時候可以繞通，但是會産生很長的detour，這也是我們不願看到的。現在的芯片越來越複雜，之前的教材可能寫的繞線層有五六層，現在的芯片多的繞線可以達到十幾層了。如何在這些紛繁複雜的十幾層裡找到千萬根線想要繞的位置，實在是一件非常難的事，更别說要附帶考慮那麼多其他的優化因素了。而這一切都已經必須由EDA工具幫我們完成，借助現代計算機的強大性能，還有不斷優化的算法，我們就可以得到相對比較好的route結果。其實我一直很佩服那些EDA工具，總是想知道他們具體的算法是什麼，不過這就屬于非常機密的東西了。

Route結束也不代表APR結束了，一般還會做插filler的動作，後面就是交給signoff了。好了，這樣就非常非常簡略講了一下APR要做的事，可能文中出現了一些不懂得名詞，還有一些概念，以後我也會寫文章慢慢一個個講的。希望對大家有所幫助。

微信公衆号D：偉醬的芯片後端之路

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