布局(Placement)是芯片后端設(shè)計(jì)中最需要全局視角的步驟，它前置約束所有后續(xù)環(huán)節(jié)，直接決定了PPAC(Performance、Power、Area、Congestion)各項(xiàng)指標(biāo)趨勢和設(shè)計(jì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的可行性。

現(xiàn)代P&R工具中，Placement已經(jīng)不再是一個(gè)獨(dú)立的引擎算法，它涉及Placer、Timer、Router、Optimizer等多引擎的聯(lián)動(dòng)配合，使用者除設(shè)置常用的物理約束和優(yōu)化策略外，還需調(diào)整前述各種引擎參數(shù)，使得各引擎實(shí)現(xiàn)相互支撐、聯(lián)合優(yōu)化，由于各個(gè)引擎參數(shù)都比較繁雜，這種調(diào)整通常比較耗時(shí)且收益較慢。

AmazeME-Place 簡介

芯行紀(jì)全新發(fā)布機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化工具AmazeME-Place，基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法，探索P&R工具的“Placement + Optimization”聯(lián)合優(yōu)化策略。它將時(shí)序WNS、時(shí)序TNS、靜態(tài)功耗、動(dòng)態(tài)功耗、總線長、阻塞等指標(biāo)進(jìn)行多維度考核，在各引擎參數(shù)構(gòu)成的巨大解空間里探索分析和迭代優(yōu)化有效參數(shù)，找到多維度指標(biāo)上的最優(yōu)解，給出實(shí)現(xiàn)布局階段的最佳PPAC指標(biāo)的參數(shù)集。

布局優(yōu)化階段，各相關(guān)引擎構(gòu)成的參數(shù)解空間是巨大的，各參數(shù)間的耦合性和依賴性也并不確定，AmazeME-Place通過對各引擎全參數(shù)形成混合參數(shù)，并自適應(yīng)的學(xué)習(xí)混合參數(shù)互信息與PPAC指標(biāo)的相關(guān)性，找到參數(shù)與指標(biāo)的最佳耦合點(diǎn)。

下圖所示是AmazeME-Place主界面，它顯示了在布局和優(yōu)化階段各探索Trial的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，每個(gè)探索Trial的多維度指標(biāo)得分細(xì)節(jié)，以及各個(gè)Trial動(dòng)態(tài)綜合排序。

圖1：AmazeME-Place主界面

AmazeME-Place 功能亮點(diǎn)

(1)全自動(dòng)參數(shù)選擇和探索

布局優(yōu)化階段所涉及的Placer、Timer、Router、Optimizer等多引擎全參數(shù)自動(dòng)調(diào)參，默認(rèn)情況下無需用戶過多干預(yù);(2)精準(zhǔn)的多指標(biāo)考核系統(tǒng)

內(nèi)置精準(zhǔn)的PPAC多維度指標(biāo)考核系統(tǒng)，覆蓋了時(shí)序WNS、時(shí)序TNS、靜態(tài)功耗、動(dòng)態(tài)功耗、總線長、阻塞等重要指標(biāo);

(3)更智能高效的探索效率

通過對混合參數(shù)和多維度指標(biāo)的相關(guān)性探索，可大幅減少探索空間，利用有限的機(jī)器資源和迭代次數(shù)，快速找到參數(shù)空間最優(yōu)解;

(4)用戶可配置參數(shù)和指標(biāo)

支持用戶自定義的參數(shù)列表探索，以及用戶期望的指標(biāo)列表探索，精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)用戶需求;

(5)具有較好的移植泛化性

自適應(yīng)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，使得AmazeME-Place泛化應(yīng)用在不同的P&R工具成為可能。

客戶端實(shí)測案例

此案例為一個(gè)復(fù)雜接口模塊，在用戶流程中為滿足布局階段的時(shí)序要求，已將利用率適當(dāng)降低，但仍有繞線阻塞現(xiàn)象，且存在較大較多的繞線熱區(qū)，同時(shí)翻轉(zhuǎn)功耗較大，用戶在嘗試多輪參數(shù)調(diào)整后，仍無明顯收斂趨勢。

在人工調(diào)整難有明顯收益的情況下，AmazeME-Place通過全參數(shù)探索，并重點(diǎn)探索學(xué)習(xí)阻塞優(yōu)化策略和線長優(yōu)化策略，最終實(shí)現(xiàn)多維度綜合指標(biāo)提升69%，繞線熱區(qū)指標(biāo)和總線長指標(biāo)分別提升68.5%和23.1%，同時(shí)時(shí)序WNS和時(shí)序TNS未有變化。

下圖是AmazeME-Place的PPAC多維度綜合指標(biāo)收斂趨勢圖，從各指標(biāo)探索的趨勢來看，AmazeME-Place在較前期的探索學(xué)習(xí)中，快速并連續(xù)確定阻塞優(yōu)化策略方向和線長優(yōu)化策略方向，并在較中期持續(xù)深度優(yōu)化阻塞指標(biāo)和線長指標(biāo)，在有限迭代探索中快速得到各項(xiàng)指標(biāo)收益，并可沿優(yōu)化策略方向繼續(xù)向前探索。

圖2：AmazeME-Place PPAC多維度綜合指標(biāo)收斂趨勢圖

下圖為AmazeME-Place在全參數(shù)探索學(xué)習(xí)中，某一時(shí)刻的若干混合參數(shù)和綜合指標(biāo)的互信息相關(guān)性截圖，它表征了混合參數(shù)的探索空間，以及綜合指標(biāo)的考核情況，顏色越深則表示相關(guān)性越強(qiáng)，探索方向正確。

圖3：AmazeME-Place混合參數(shù)和綜合指標(biāo)互信息相關(guān)性示意圖

下圖則展示了與用戶流程相比，經(jīng)AmazeME-Place探索后得到的布局優(yōu)化后各指標(biāo)情況：

圖4：AmazeME-Place 布局優(yōu)化指標(biāo)對比圖

機(jī)器學(xué)習(xí)正在讓越來越多的EDA工具變得更加的高效，芯行紀(jì)在推出Floorplan階段的機(jī)器學(xué)習(xí)配套工具后，越來越多的商用落地證明了性能和效率永遠(yuǎn)是芯片設(shè)計(jì)者的追求，而Placement階段的機(jī)器學(xué)習(xí)方案AmazeME-Place在進(jìn)一步讓芯片設(shè)計(jì)更加智能化、精準(zhǔn)化。芯行紀(jì)也將繼續(xù)耕耘更多的AI方案落地，助力芯片設(shè)計(jì)企業(yè)在激烈的市場競爭中脫穎而出。

關(guān)于芯行紀(jì)

芯行紀(jì)科技有限公司(簡稱“芯行紀(jì)”)成立于2020年，是一家專注于數(shù)字實(shí)現(xiàn)EDA方案的高新技術(shù)創(chuàng)新企業(yè)。公司匯聚電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化與芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域頂尖人才，在國內(nèi)率先將機(jī)器學(xué)習(xí)和分布式計(jì)算技術(shù)深度應(yīng)用于數(shù)字實(shí)現(xiàn)EDA領(lǐng)域，憑借卓越的研發(fā)實(shí)力構(gòu)建起持續(xù)進(jìn)化的自主數(shù)字實(shí)現(xiàn)EDA工具平臺。

芯行紀(jì)數(shù)字實(shí)現(xiàn)EDA產(chǎn)品矩陣涵蓋多款創(chuàng)新工具，包括國內(nèi)首款全自研數(shù)字布局布線工具AmazeSys、智能布局規(guī)劃工具AmazeFP、智能布局規(guī)劃機(jī)器學(xué)習(xí)方案AmazeFP-ME、一站式工程修復(fù)優(yōu)化工具AmazeECO、快速DRC & DFM收斂工具AmazeDRCLite，以及工業(yè)軟件許可文件管理系統(tǒng)Industriallm。

目前，芯行紀(jì)自主研發(fā)的EDA產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)頭部芯片設(shè)計(jì)和制造企業(yè)，累計(jì)服務(wù)近40家客戶，覆蓋人工智能、智慧汽車、5G、云計(jì)算等眾多新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)，賦能集成電路產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展。