配置配線とは　部品の位置を決めて配線を通す工程、AIの道具で面積を最大5%減らした例も

配置配線は、チップの設計で、回路を「図面」から「地図」に変える工程です。論理合成で作ったネットリストには、どの部品がどの部品とつながるかは書いてありますが、チップの上のどこに置くかは書いてありません。配置配線の道具は、部品の位置を決め、何層もある金属の配線の層を使って、すべてのつながりを実際の線で結びます。出力は、マスクを作るためのレイアウトのデータです。

工程の流れ

最初はフロアプランです。チップを大きな区画に分け、メモリやCPUのような大きなかたまり、入出力の端子、電源の配線の位置を決めます。次に配置で、数百万から数十億の標準セルを、つながりの多い部品どうしが近くなるように並べます。

そのあと、クロックの配線を作ります。チップのすべての記憶の素子に、クロックの信号がほぼ同時に届くよう、木の枝のように分岐させて配ります。最後に信号の配線を引きます。配線が混み合う場所では、迂回が増えて信号が遅れるため、配置に戻って部品を動かすこともあります。配線が長くなるほど抵抗と容量が増え、遅れと電力が増えます。

AIで置き方を探す

部品の置き方と配線の引き方の組み合わせは膨大です。設計者は道具の設定を何通りも試し、速さ、電力、面積の目標に近づけてきました。シノプシスのDSO.aiは、この設定の探索を強化学習で自動で行う道具です。

シノプシスの発表に出てくる配置配線の数字

発表	内容	数字
2023年2月	DSO.aiを使った商用のテープアウト	100件
2023年2月	顧客の生産性の向上	3倍超
2023年2月	総電力の削減	最大25%
2023年2月	SKハイニックス：標準セルの面積／チップの面積	15%減／最大5%減
2021年12月	Fusion Compilerを使った顧客のテープアウト（40nm〜3nm）	500件超

いずれもシノプシスの発表による、会社と顧客の説明の数字。

STマイクロエレクトロニクスは、マイクロソフトのクラウドAzureの上でDSO.aiを動かし、生産性が3倍になったと報告しています。同社は、DSO.aiとシノプシスの配置配線の道具Fusion CompilerとIC Compiler IIを使ってテープアウトしました。配置配線の道具は、シノプシスとケイデンスの2社が中心です。

関連する用語

• 論理合成：配置配線の前に、回路の記述を部品のつながりに変える工程。
• フロアプラン：チップを区画に分け、大きなかたまりの位置を決める作業。
• クロックツリー：クロックの信号を全体にそろえて配る、木の形の配線。
• タイミング解析：配置配線のあと、信号が時間内に届くかを確かめる作業。