層次化設計適當下非常流行的設計思路，隨著芯片的規(guī)模越來越大，fullchip的數(shù)據(jù)量和復雜度和過去已經(jīng)不能同日而語了，無論是工具的runtime還是QoR，直接完成full-chip的工作越來越不現(xiàn)實。所以，在這里，就需要引入 層次化的設計（hierarchy design） 的概念，

從芯片的規(guī)劃開始，層次化的理念貫穿整個設計流程，下面的各個設計方面都會受到不同程度的影響

RTL
UPF
verification
DFT
Timing constraint
synthesis
EC
layout
STA
stream-out
layout verification
Power analysis

一個項目的開始，需要根據(jù)實際的需要確定層次，這主要是基于模塊功能規(guī)模，一起來看下面這個實例

可以看出，從整個SOC的設計當中，主要的partition分割是兩種，top和none-top。理論上講，所有的none-top，互相之間都沒有依賴關(guān)系（dependency），除非它本身也是一個小top，具體可見下面的示例：

這里的top和sub-top_1就是所謂的hierarchy design，在一個芯片里邊，top通常只有一個，但是可能會有多個sub-top，甚至是sub-sub-top，這取決于芯片層次化的深度和芯片的復雜度?？梢灶A見，層次化越多，單個partition的復雜度會降低，但是給top的partition劃分帶來了更多的工作量，譬如

UPF
SDC
physical partition boundary

還有一個影響就是dependency，所有的sub-top，都和top一樣，在后端實現(xiàn)的時候（synthesis/layout），任何的top的后端工作，都需要sub partition的支持，譬如上圖，要想開始sub-top1的synthesis，就必須先要完成 sub_par_1_1，sub_par_1_2，sub_par_1_3的綜合工作。

這就是runtime的瓶頸。實際項目中，為了減少這方面的影響，通常都會有一些變通的手段，來快速支持頂層設計，這個小技巧的具體細節(jié)，也會在本系列文章里邊提及。

業(yè)界里邊還有一種更為前衛(wèi)的partition的設計，被稱為abut-partition的設計，簡單的講就是沒有top的概念，所有的partition都是完全貼合的，譬如下面這個floorplan的partition的框圖

這種架構(gòu)更為簡練，所有的設計全部都推到了partition，從物理實現(xiàn)上來講，top level已經(jīng)不包含任何的leaf cell，所有的存在就是一些連線關(guān)系、PG、terminal以及co-design routing了，這種極簡的abut設計有其優(yōu)越性，也有一些限制。

一個完整的層次化設計，在代碼設計階段，就應該樹立層次化的理念。這里邊主要由以下幾個考量

簡化大規(guī)模設計的必經(jīng)之路
后端實現(xiàn)的真實需求
驗證和設計的一致性
相關(guān)配套、支持文件的參照點（SDC、UPF等等）

從架構(gòu)入手，合理分布RTL的層次結(jié)構(gòu)，讓整個設計看起來張弛有道。這個思路體現(xiàn)如下

前端設計人員按照下面的思路過程來設計代碼

完成inst1的模塊代碼設計

完成inst1的內(nèi)部連線

完成inst2的模塊代碼設計

完成inst2的內(nèi)部連線

完成top-level的模塊代碼設計

完成top-level的連線

可以看到，這里邊涉及了三個部分的設計

inst1

inst2

top-level

通常來講，合理的分配各個模塊可以加速full-chip的收斂。從上面的例子可以看出，top-level的東西比較簡單，只有一個控制邏輯和PAD，主要的功能都在子模塊里邊，這樣的好處是非常明顯的

子模塊的實際內(nèi)容多，但是總體規(guī)模不會很大，綜合和版圖的可控性會很好

相互關(guān)聯(lián)密切的功能IP封裝在一個模塊里，有利于時序收斂和后端工具優(yōu)化

top-level的主要用途就是穿線，以及中心控制和PAD等等，有利于整體功能布局的規(guī)劃，主要精力要放到interface的時序上，以及可繞通性。

每一個模塊都有一套自己獨立的文件結(jié)構(gòu)，譬如inst1對應的是design1，整個design1的文件架構(gòu)類似如下：



有了這些文件，design1的綜合就可以開始了。綜合的流程通常比較簡單，這里不做過多的討論，基本流程可以參見下面的列表

HDL analysis 和 elaboration

read_sdc和read_upf 以及一些基礎配置

運行compile_ultra和DFT insertion

創(chuàng)建Block Abstraction view

生成DDC和網(wǎng)表

重要的第四步時一定要執(zhí)行的，這里生成了后面層次化設計的重要信息。

對應的，這里也列一下inst2（design2）的文件目錄結(jié)構(gòu)

使用綜合器，分別可以得到下面的文件

design1.ddc 和 design1.v

design2.ddc 和 design1.v

基于不同的DCT/DCG環(huán)境，可以開始根植于如下目錄結(jié)構(gòu)的頂層綜合



頂層綜合的思路會有一些不同，具體流程如下

配置block implementation的狀態(tài)

讀入底層帶有Block Abstraction的DDC（不要讀入子模塊netlist，會導致非常多的困惑），工具回顯如下例

HDL analysis 只分析top-level的verilog，譬如：top_ctrl_design.v、PAD_design.v 、designFC.v

elaboration的時候，一定要注意一下子模塊的鏈接狀態(tài)，保證模塊信息都可以被正確掛載進來

在保證link無誤的情況下，讀入designFC.sdc和designFC.upf，運行compile_ultra和DFT insertion

生成DDC和網(wǎng)表，完成top-level的綜合

對應的，在做層次化的設計的時候， 需要注意下面的事項：

調(diào)用底層模塊的時候，一定要使用帶有block Abstraction的DDC，DDC里邊包含了block的

時序約束信息

UPF信息

時鐘結(jié)構(gòu)信息

邊界時序信息

top-level的UPF只有頂層的low power需求

頂層的LS、ISOLATION的需求，如果被約束的cell在頂層

頂層和block的PG連接關(guān)系

top-level的SDC包含了整個top-level和block-level的時序約束

頂層的SDC一定要和block的SDC，在block級別呈現(xiàn)出高度的一致性，譬如純粹block 內(nèi)部的MCP、false path等等

如果時鐘的源頭在頂層，block級別的clock無需二次聲明，譬如下面示例



在design1/desing2綜合的時候，分別在各自的sdc里邊定義pclk，如果把視角放到頂層，那么畫風是這樣的

可以看到，從toplevel來看的話，以前的design1/design2的pclk，其實都是從top-level的pll驅(qū)動的，在top-level構(gòu)建SDC的時候，只需要生命pll的clock就可以了（Pll_clk），剩下的就交給工具自動衍生。

寫到這里，相信讀者們對層次化設計流程有一個比較具體的了解了。

審核編輯：劉清