OpenROAD项目中宏单元引脚对齐问题的分析与解决

问题背景

在OpenROAD项目的开发过程中，开发团队遇到了一个关于宏单元引脚对齐的技术问题。该问题出现在使用gpl-binSize-float分支对asap7/mock-array设计进行实现时，在全局布线(GRT)和详细布线(DRT)阶段出现了"无访问点"的错误。

问题现象

在实现流程中，系统报告了大量关于宏单元引脚无法通过布线轨道中心的警告信息，例如：

[WARNING DRT-0419] No routing tracks pass through the center of Term ces_2_3/io_outs_right[46]
[WARNING DRT-0418] Term ces_2_3/io_outs_right[47] has no pins on routing grid

最终导致全局布线阶段出现致命错误：

[ERROR DRT-0073] No access point for ces_1_0/io_ins_left[12].
[ERROR DRT-0073] No access point for ces_0_0/io_ins_left[12].

问题分析

通过对问题的深入分析，开发团队发现了几个关键点：

1. 引脚对齐问题：宏单元的部分引脚没有正确对齐到布线网格上，导致布线器无法找到有效的访问点。

2. MPL模块行为：宏单元布局(MPL)模块在放置宏单元时，没有将引脚正确对齐到布线轨道上。特别是在ASAP7工艺下，当使用所有轨道模式时，这一问题更为明显。

3. 设计差异：与主分支相比，gpl-binSize-float分支的全局布局结果有所不同，导致宏单元引脚位置发生变化，进一步暴露了MPL模块在引脚对齐方面的不足。

4. 非对接连接问题：部分引脚并非通过对接(abutment)方式连接，而是需要通过布线连接，这使得引脚对齐问题直接影响了布线可行性。

解决方案

开发团队针对这一问题提出了多方面的解决方案：

1. 引脚对齐改进：对MPL模块进行增强，确保宏单元引脚能够正确对齐到布线网格上。这包括在放置宏单元时考虑所有轨道模式，并强制引脚对齐到最近的可用轨道。

2. 特殊连接处理：对于通过对接方式连接的引脚，可以跳过引脚访问检查，因为这些连接不需要布线资源。

3. 设计脚本更新：针对特定设计(如mock-cpu)更新引脚分组配置，避免引脚被分配到多个组的问题。

4. 轨道模式处理：完善对ASAP7工艺中所有轨道模式的支持，确保引脚对齐时考虑完整的轨道资源。

技术影响

这一问题的解决对OpenROAD项目具有重要意义：

1. 布线成功率提升：通过确保引脚正确对齐，显著提高了复杂设计的布线成功率。

2. 工艺支持完善：增强了对ASAP7等先进工艺的支持能力，特别是对复杂轨道模式的处理。

3. 实现质量改进：减少了因引脚对齐问题导致的布线拥塞和时序问题，提高了最终实现的品质。

4. 模块协同优化：促进了MPL、PPL和布线模块之间的协同工作，提升了工具链的整体鲁棒性。

结论

宏单元引脚对齐问题是芯片物理实现中的一个关键挑战。OpenROAD项目通过系统性的分析和改进，不仅解决了当前的具体问题，还增强了工具处理类似情况的能力。这一案例也展示了开源EDA工具在应对复杂设计挑战时的灵活性和可扩展性，为后续的开发和优化奠定了良好基础。

对于使用者而言，理解这类问题的本质有助于更好地配置设计约束和预期实现结果，特别是在使用先进工艺节点时，需要特别关注引脚对齐和轨道资源的匹配问题。