LEF和DEF是APR工程師工作中經(jīng)常會(huì)碰到的兩類文件，也會(huì)對(duì)APR的基礎(chǔ)配置和APR的flow產(chǎn)生直接的影響?；鞠喈?dāng)于APR物理設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)建設(shè)。

LEF/DEF釋義和使用場(chǎng)景

APR工程師碰到的LEF和DEF文件，具體對(duì)應(yīng)的全程和應(yīng)用場(chǎng)景如下pic_center

文件名	全稱	場(chǎng)景
DEF	Design Exchange FIle	STA-PECO, APR數(shù)據(jù)交付以及重構(gòu)，繞線/布局信息傳遞等和設(shè)計(jì)相事宜
LEF	Library Exchange FIle	物理庫(kù)文件，工藝技術(shù)文件，APR層次化設(shè)計(jì)交付（配合ETM使用）

由上可見，里那個(gè)文件首字母不同也表征了他們之間的異同：LEF更偏重于庫(kù)，DEF則側(cè)重于設(shè)計(jì)。
APR工程師，經(jīng)常會(huì)用到各種庫(kù)或者庫(kù)的各種版本進(jìn)行交互，今天這里就對(duì)LEF里邊的一兩個(gè)和APR有關(guān)的點(diǎn)滴做一些討論和解惑。
tech-LEF 通常是FAB交付，這方面通常都是很嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模粫?huì)有太多意外發(fā)生。但是對(duì)于IP的交付，不同vendor的策略有時(shí)候不太一樣，而且IP的LEF對(duì)floorplan，placement和routing通常會(huì)有直接的影響，在出現(xiàn)問題的時(shí)候，需要APR工程師進(jìn)行定位。所以，如果能掌握LEF中的幾個(gè)關(guān)鍵信息，甚至在導(dǎo)入flow工具之前，可能就會(huì)有一些發(fā)現(xiàn)；或者flow出現(xiàn)了一些異常，那么從閱讀LEF入手，可能也會(huì)得到比較快速的解決辦法。基于上，大家一起來看看和APR相關(guān)的LEF信息。閑言少敘，ICer Go!

tech-LEF的淺析

通常一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的LEF文件具備以下的格式

這個(gè)格式是兼顧了tech-LEF和IP LEF兩種應(yīng)用場(chǎng)景的。IP LEF的定義則是從字段MACRO開始，對(duì)于tech-LEF的主要字段，這里用一個(gè)簡(jiǎn)單列表進(jìn)行快速羅列

字段	釋義	示例
VERSION	LEF 的版本	5.7
BUSBITCHARS	總線分割符	[]
NAMESCASESENSITIVE	大小寫敏感	ON
UNITS	定義設(shè)計(jì)中各種單位的DBU（database unit）和Standard International轉(zhuǎn)換關(guān)系	DATABASE MICRONS 1000
USEMINSPACING	定義minspacing的應(yīng)用場(chǎng)景	USEMINSPACING OBS OFF
MANUFACTURINGGRID	工藝生產(chǎn)格點(diǎn)，cell和routing需要保證的最小grid	MANUFACTURINGGRID 0.001
SITE	對(duì)于std-ecll row的高度和寬度步進(jìn)的約束
LAYER	APR用到的各個(gè)層的定義，包括但不限于： 類型（TYPE） 間距（SPCING） 寬度（WIDTH） 面積（AREA） 中心距（pitch）等。 主要是用于約束router繞線規(guī)則和checker對(duì)繞線質(zhì)量評(píng)估

對(duì)于C家的工具，同學(xué)們直接用tech-LEF就好了；如果是S家工具（ICC和ICC2），都需要用到FAB格外提供的technology file （TF）文件，這個(gè)文件基本可以等同于tech-LEF，只是流程不同而已。
tech-LEF更像是一個(gè)基于FAB-node的物理強(qiáng)需求，這些規(guī)則都會(huì)對(duì)APR工具對(duì)各種資源加以權(quán)衡和評(píng)測(cè)，包括但不限于：

APR資源	相關(guān)LEF設(shè)定
std-cell row	SITE
track per-layer （包括對(duì)NDR影響）	LAYER PITCH
layer schame	LAYER
layer prefer routing direction	LAYER DIRECTION
grid檢查	MANUFACTURINGGRID

APR工具會(huì)對(duì)tech-LEF進(jìn)行解析，從而創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的物理設(shè)計(jì)約束?？梢钥吹?，在單位芯片面積下，tech-LEF的上述配置會(huì)決斷芯片最終的可用資源數(shù)量，工藝尺寸（SITE/PITCH/MANUFACTURINGGRID etc.）越小的tech-LEF文件在各個(gè)定義點(diǎn)的數(shù)值也就會(huì)小，對(duì)應(yīng)的片上資源就會(huì)越多。

IP LEF的淺析

對(duì)于IP的LEF文件，通常的會(huì)有遵循下述模板

為了兼容LEF5.8，在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模板的后半段，會(huì)看到PROPERTY LEF58的字段，通常只有復(fù)雜工藝的復(fù)雜設(shè)計(jì)會(huì)用到，通常的IP交付，用非LEF5.8字段是足夠的。
類似的，APR工具會(huì)對(duì)IP的LEF進(jìn)行解析，從而帶入IP 對(duì)布局，繞線等資源的影響，并在此影響下，完成對(duì)IP的集成和最終的GDS 合并（merge）。

• CLASS
  通常是多這個(gè)MACRO進(jìn)行基本分類，這里羅列出他們的釋義以及對(duì)應(yīng)S家，C家的工具標(biāo)記

關(guān)鍵字	S家標(biāo)記	C家標(biāo)記
BLOCK	mask_layout_type==macro	cell.subClass ==block
RING	mask_layout_type==macro	cell.subClass ==blockRing
CORE	mask_layout_type==std	cell.subClass == core
PAD	mask_layout_type==io_pad	cell.subClass == pad
PAD SPACER	mask_layout_type==io_pad	cell.subClass == padSpacer

由于C家的flow是直接利用LEF，通常通過cell.subClass既可以直接得到LEF相關(guān)的信息，S家的是通過MW/NDM來基于LEF文件來創(chuàng)建的FRAME view提供給ICC/ICC2工具使用，這里會(huì)有一些語(yǔ)法正常的轉(zhuǎn)移，以ICC2為例，下表羅列了LEF到NDM FRAME 之間信息映射關(guān)系

• FOREIGN
  這個(gè)是一個(gè)標(biāo)記LEF和GDS之間的偏移量，如果IP的GDS設(shè)計(jì)的origin 沒有落在坐標(biāo)原點(diǎn)，那么這里可能就會(huì)有一個(gè)非零數(shù)值，GDS起點(diǎn)是在第一象限則FOREIGN為負(fù)值，如果是在第三象限，則為正值，具體見下圖示例
  

• ORIGIN
  這個(gè)是指IP在放置的時(shí)候，相對(duì)于當(dāng)前origin的偏移量，
  假設(shè)有下列的IP 配置：

MACRO B1 ...... ORIGIN X1 Y1
 FOREIGN B1 X2 Y2 

在APR的放置的坐標(biāo)是：X3 Y3
那么最后B1的GDS polygon抽取的起點(diǎn)是 (X1+X2+X3 Y1+Y2+Y3)
對(duì)于通常的IP而言：X1=Y1=X2=Y2=0 。
對(duì)于有個(gè)GDS相對(duì)位移的IP而言：X1 + X2 =0 , Y1+Y2=0
從個(gè)人角度理解，這樣做的好處是可以縫合GDS偏移和頂層集成的誤差，讓最后的GDS-out 保持穩(wěn)定輸出。（如有理解偏頗，還望指正）

• SIZE
  這個(gè)字段是描述IP的寬度和高度的，語(yǔ)法格式是：SIZE WIDTH BY HEIGHT . 對(duì)于一個(gè)矩形的IP而言這個(gè)字段可以很方便的通過寬度和高度表達(dá)出這個(gè)IP的面積：SIZE=WIDTH*HEIGHT
  細(xì)心的同學(xué)可以看到，這里對(duì)BLOCK的描述只能是一個(gè)簡(jiǎn)單的矩形，這是LEF規(guī)則的一個(gè)限制。對(duì)于一個(gè)多邊形的MACRO需要有LAYER的支持。這個(gè)后面會(huì)講到。

• SYMMETRY
  定義IP的朝向（orientation）的限制因素。IP設(shè)計(jì)者需要關(guān)注自己IP在被頂層集成的時(shí)候可能會(huì)遇到反轉(zhuǎn)、鏡像等操作，通過這個(gè)句柄可以限制APR工具對(duì)IP進(jìn)行有控制的反轉(zhuǎn)，這樣可以有效地避免IP朝向錯(cuò)誤所導(dǎo)致的base DRC錯(cuò)誤。這個(gè)對(duì)于IP用戶是非常重要的。可配置的選項(xiàng)如下：

朝向	解釋
	如果不定義SYMMETRY，僅允許朝向N
X	允許水平反轉(zhuǎn)
Y	允許垂直反轉(zhuǎn)
R90	允許90度反轉(zhuǎn)，由于poly 的限制，這種只會(huì)在比較大的工藝節(jié)點(diǎn)構(gòu)造里被允許可以 （memory可能會(huì)被排除）

對(duì)于常見的std-cell，通常都是可以水平和垂直反轉(zhuǎn)的，那么對(duì)應(yīng)的SYMMETRY的寫法是：SYMMETRY X Y

• SITE
  對(duì)于比較規(guī)則的IP，SITE會(huì)比較有用，譬如std-cell和IO的site，這樣APR工具在創(chuàng)建core或者IO-ring的時(shí)候，就可以基于site對(duì)std-cell和IO進(jìn)行自動(dòng)布局，這也是APR placer工具做布局，合規(guī)化（legalized）基礎(chǔ)，對(duì)于普通IP這里也可以不做定義。但是對(duì)于先進(jìn)工藝，由于coloring/grid的問題，所以在IP上面（尤其是較有規(guī)律的SRAM）這個(gè)site的應(yīng)用場(chǎng)景會(huì)變得更加豐富了。

• PIN
  這里是IP描述的主要部件，給用戶提供訪問IP的pin的物理位置信息，所有的坐標(biāo)都是相對(duì)于當(dāng)前IP的左下角（N 朝向）而言的。
  

這里分別給出信號(hào)pin和電源pin兩個(gè)示例。
對(duì)于信號(hào)pin，上述示例的信號(hào)pin是一個(gè)std-cell，為了M1的pin形狀需要用三個(gè)矩形來描述（rectangle），對(duì)應(yīng)的VDD需要有多達(dá)六個(gè)矩形來描述

對(duì)于IP，通常的pin是abut到boundary的，而且是單rectangle的。示例如下

這個(gè)是用戶使用IP LEF較常用的一種格式。這里有幾個(gè)地方需要注意

• IP的pin需要和IP的boundary貼合，方便外界訪問，如果做不到貼合。那么OBS的創(chuàng)建需要注意，至少保證pin可以通過drop via進(jìn)行訪問

• IP的pin的width需要滿足當(dāng)前層的min-width需求，長(zhǎng)度建議1um，方便繞線和GUI觀察

• pin和pin之間需要至少控制一個(gè)track，這樣可以滿足潛在的HV spacing 需求

從上述例子可以看出，LEF也是支持antenna的信息的，這樣可以支持APR工具在只有LEF的時(shí)候也可以對(duì)antenna進(jìn)行評(píng)估和修復(fù)。

• OBS
  OBS是Obstruction的縮寫，故名思意是對(duì)IP的遮擋，對(duì)于IP的應(yīng)用，通常會(huì)牽扯到兩類遮擋，這個(gè)和APR的常規(guī)的處理非常相似，

• 放置遮擋（placement OBS）：對(duì)APR工具的放置進(jìn)行阻止

• 繞線遮擋（routing OBS）：對(duì)APR工具的繞線進(jìn)行阻止
  由于IP都要自己的SIZE（boundary），如果用戶不在這里OBS的句柄里邊額外定義，那么IP的SIZE描述的區(qū)域都是不能放置其他器件的。
  在前文有說道，SIZE只支持矩形，但是如果有了OBS配合就可以支持多邊形了。

這里使用OBS調(diào)用OVERLAP 類型的LAYER對(duì)IP的SIZE進(jìn)行切割，這樣就形成了一個(gè)多邊形了。這里的OVERLAP是一個(gè)特殊層，需要在tech-LEF里邊進(jìn)行預(yù)先定義，具體實(shí)例如下

這樣在APR工具里邊就可以看到一個(gè)多邊形IP了。
對(duì)于繞線遮擋，OBS通過調(diào)用routing /cut LAYER 來進(jìn)行定義。通常如果IP的頂層是M4，那么IP的出pin 也會(huì)在M4 和 M3（M4-1）層。這樣的規(guī)則和APR的partition策略比較相像。
但是通常，出pin的位置都是需要外界繞線直接訪問的，所以出pin的位置是不能就想遮擋的，如果IP的頂層是M4，那么最多有一些M4的資源可以始放出來，M4一下的M3/2/1都應(yīng)該進(jìn)行遮擋，否則APR工具會(huì)在上邊走線，這也是OBS存在的重要價(jià)值所在。

廢話不說，有圖有真相

從上圖可見，這里的IP有一個(gè)M1貼合boundary的pin，同時(shí)這個(gè)IP被M1的OBS覆蓋了，但是在LEF規(guī)則里，pin bbox擁有覆寫OBS的特性，所以在M1 品德周遭，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)OBS空白區(qū)，具體跟進(jìn)pin widh和對(duì)應(yīng)的spacing來調(diào)整，這個(gè)通過S家的MW，可以很明顯的看到

結(jié)合上邊的理論，一個(gè)比較簡(jiǎn)單的IP的OBS的寫法如下

無論是tech-LEF還是IP LEF，都是遵循LEF語(yǔ)法的，可以合并到一起，但是通常由于vendor不同，IP的LEF只關(guān)注MACRO 以內(nèi)的信息，剩下的基本都交由tech-LEF完成，如果用戶需要全局的定義更改，請(qǐng)移步tech-LEF進(jìn)行優(yōu)化。如果是VIAGEN rule或者NDR rule的更新，也可以項(xiàng)目/工藝的角度進(jìn)行追加，這種配置更偏向于tech-LEF。
LEF里的關(guān)鍵字有很多。LEF通常也是使用abstract工具從GDS里邊抽取出來的，由于APR工具對(duì)LEF的強(qiáng)依賴，對(duì)于APR工程師，需要可以看到常規(guī)的語(yǔ)法就可以，在出現(xiàn)問題的時(shí)候可以找到對(duì)應(yīng)的原因和解法，最終還是為了更為高效的推進(jìn)APR工作。

【敲黑板劃重點(diǎn)】

能夠閱讀LEF是一個(gè)APR工程師錦上添花的一個(gè)技能，對(duì)于快速定位工藝，交付問題可以起到事半功倍的效果。