如何控制std cell的密度？

其实，关于密度有两个说法。

一是utilization，也就是设计的利用率。一般来说，为了成本考虑，利用率能做的越高越好，也就是std cell密度越高越好。

二是在利用率确定的情况下，std cell的局部密度，也是今天要讨论的话题。

在设计的面积已经确定的情况下，std cell局部密度是越低越好？还是越高越好？答案当然是不一定。

局部密度高，对时序好。因为线短，net delay小，transition小，cell delay也小。但是，局部密度过高，可能对绕线不好，另一个风险是没有足够的空间给eco来修timing和修hold等。

局部密度低，恰恰相反，对绕线好，但是对timing差，对power也不好。

所以，一般的设计里，局部密度要综合考虑：即congestion严重的地方，cell密度要低点；timing要求高的地方，cell密度可以高点。所以整个设计里的密度通常看起来是不均匀的。

 

那么在ICC2里，到底是谁在控制密度？

答案是placer（或者叫coarse placer）。placer在ICC2里至少有三处被调用：

第一处：place_opt -from initial_place -to initial_place

第二处：place_opt -from final_place -to final_place

第三处：clock_opt -from final_opto

如果脚本里还有使用create_placement，那也是在调用placer。

 

placer会在timing要求高的地方，把std cell摆的紧凑，局部密度高。在有congestion的地方，把std cell往四周推开，让这个区域密度低，有利于解决congestion。

下一个问题来了，密度需要高的地方，可以高到什么程度？解congestion往四周推散cell，推的力度又可以到达什么程度？

ICC2里有两个对应的参数来控制。前者用max_density，后者用max_util。

max_density用来控制放std cell时的最高密度，最高不可以超过它。

max_util来控制解congestion时，往四周推散cell的力度，最高不可以超过它。比如max_util=0.9，那么往周围推散cell时，周围的std cell密度（利用率）达到了0.9就停止推了，即使还没有完全解决congestion也会停下来。因为再往四周退散，四周密度超过90%，就有很大的风险了。

 

max_util=0.9，那么往周围推散cell时，周围的std cell密度（利用率）达到了0.9就停止推了，即使还没有完全解决congestion也会停下来。因为再往四周退散，四周密度超过90%，就有很大的风险了。

两个参数都是用来控制最高密度，但是作用不一样。前者是开始放std cell的时候，能达到的最高密度；后者是placer解cogestion时，能推到什么程度。虽然两者都是placer一起同时控制的，但为了理解方便，我们可以认为有先后顺序。即先按max_density做placement，再按照max_utli来推散cell解congestion。

局部密度一定要合理，根据你的设计来定，没有固定的值。

好了，理解了这两个概念，控制起来就非常简单了。

 

均匀密度

 

要让std cell在设计里均匀摆放，很简单，就是设置如下变量

place.coarse.auto_density_control=false

place.coarse.max_density=0

自动密度控制选项关掉且max_density=0，则placer就会均匀的摆放std cell。

聪明的读者可能会问，你不是说placer还会看max_util这个参数吗？如果这个参数设置了，那密度还会均匀吗？

答案是看你有没有用congestion driven的placement。

比如create_placement, 不加任何参数时，不是congestion driven，这时不看max_utli。create_placement -congestion，则是congestion driven，是会看max_utli的。

place_opt -from initial_place -to initial_place，不是congestion driven

place_opt -from final_place -to final_place，是congestion driven

对于绝大多数flow来说，都会跑final_place这步骤，所以设计不会完全均匀；会在局部有congestion的地方，密度会低些（它周围会高点）。所以均匀密度也是指大体均匀，还是需要去解决congestion的。

来个均匀密度的例子。

 

 

 

 

而对于非均匀密度的控制，工具提供两种方式：自动挡和手动挡。大多数设计用自动挡就足够了。但不排除有些设计对密度要求特别严，这时候就需要手动挡了。

 

自动挡

 

place.coarse.auto_density_control = true

place.coarse.max_density=0 （default value)

place.coarse.congestion_driven_max_util=0.93(default value)

自动密度控制开关打开后，另外两个app option用默认值，工具自动决定各个阶段的max_density和max_util，具体的值如下：

Stage	Max_density	Max_util
initial_place	0.2	0.87
2nd pass incr place	0.6	0.87
final_place	0.7	0.90
clock_opt place	0.8	0.93

 

细心的读者会发现，自动挡并不是一个固定的值，而是在不同的阶段有不同的值。并且随着步骤的进行，density也越来越高。

 

手动挡

 

如果想自己控制密度，那也很简单，设置如下变量即可：

place.coarse.auto_density_control=false

place.coarse.max_density = xxx

place.coarse.congestion_driven_max_util = xxx

手动挡设定后，每个步骤的placer都会遵从这个设置。如果你想不同步骤的placer的密度不一样，你也可以做完上一个placement后，及时修改这两个参数，那么后面的placer就会用新的参数。