OpenROAD项目中sky130hd/ibex设计全局布线拥塞问题分析

问题背景

在OpenROAD项目中使用sky130hd工艺节点实现ibex处理器核心时，遇到了全局布线(GRT)阶段的拥塞问题。具体表现为设计在全局布线阶段报错"Routing congestion too high"，并提示用户通过GUI查看拥塞热力图。

问题现象

设计在完成详细布局后进入全局布线阶段时失败，报错信息显示布线拥塞过高。原始设计的HPWL(半周长线长)从575656.7单位增加到588012.3单位，增加了约2%。错误发生在全局布线命令执行过程中，系统提示用户检查GUI中的拥塞热力图。

问题分析

该设计处于全局布线能力的边界状态，拥塞问题主要源于以下几个方面：

1. 核心利用率设置：原始设计将CORE_UTILIZATION参数设为45，这个值可能过高，导致布线资源紧张。

2. 时钟树综合参数：CTS_CLUSTER_SIZE和CTS_CLUSTER_DIAMETER参数的设置可能影响了时钟网络的分布，间接导致布线拥塞。

3. 设计密度：PLACE_DENSITY_LB_ADDON参数设置为0.25，可能使得布局过于紧凑。

解决方案

通过调整以下参数成功解决了布线拥塞问题：

1. 降低核心利用率：将CORE_UTILIZATION从45降至43，为布线留出更多空间。

2. 优化时钟树综合参数：注释掉CTS_CLUSTER_SIZE和CTS_CLUSTER_DIAMETER的特定值设置，使用工具默认值。

这些调整使得设计能够顺利完成全局布线阶段，同时保持了合理的时序和面积特性。

经验总结

对于接近工具能力边界的设计，建议：

1. 适当降低核心利用率，为布线留出余量。

2. 谨慎设置时钟树综合参数，过小的簇尺寸和直径可能导致时钟网络过于密集。

3. 通过参数调优可以解决许多布线拥塞问题，而无需修改RTL代码。

4. 保持构建系统配置的一致性，不同构建系统间的参数差异可能导致不同的结果。

这个问题也体现了OpenROAD工具链在实际应用中对设计参数的敏感性，合理的参数设置对设计成功实现至关重要。