2009年7月21日， TSMC 宣布，业界首创的具相 互操作性 制程设计套件( iPDK )开始供货。这个套件通过TSMC的 65奈米 (nm)MS/RF制程的完整验证，而且各大EDA供货商也宣布提供支持，包括Cadence、Ciranova、Magma、Mentor、SpringSOFt、Synopsys等等。2010年3月24日，TSMC加入为会员的具相互操作性PDK链接库(InteroperablePDKLibraries，IPL)联盟发表IPL1.0标准，让整个业界都能够享用TSMCiPDK的重要技术。
PDKS的问题
制程设计套件(ProcessDesignKit，PDK)这个名词原本是指晶圆厂提供的PCell链接库。因为在各PDK应该搭配使用哪种设计规则检查(DRC)平台互仿真模型方面一直都有质疑，PDKs终于扩大而包含定制IC设计所需的全部文件与设计基础架构元素。关键的PDK元素现在包括：电子设计规则、各种spice模型、制造设计规则、验证实体与电子版图的各种工具的DRC与LVS执行配置文件案(runsetfiles)，以及电路图符号库、参数化单元(PCells)、阶层图(layermap)与版图工具的工艺(tech)文件。
直到最近，除了特定晶圆厂、技术制程与制程变异专属的之外，所有PDKs都是EDA供货商独有的并且是特定晶圆厂、技术制程与制程变异所专属的。现在，各大定制IC设计工具供货商，包括SpringSoft、Cadence与MentorGraphics，全都与TSMC合作开发和验证PDKs。但是，尽管私有的PDKs已经行之有年，现在定制IC设计工具供货商家数不断地增加，需要支持的技术的数量也持续成长，而且适用于先进技术的PDKs也越来越复杂(图1)。随着更多工具与更复杂的制程诞生，对TSMC等在2007年就发表了2500项全新和修订PDKs的大型晶圆厂而言，支持和开选各种组合的PDKs也变成一个困难的问题。
对TSMC而言，这个问题的解答就是探索具相互操作性PDKs(也就是众多供货商工具都能够直接使用而获得理想结果的PDKs)的可能性，以减少支持问题，并为客户提供更多选择。这些解决方案之一就是建立开放式PCell基础架构。
何谓PCELL？
在设计模拟与定制数字电路时使用的PCells，就是软件程序用来依据规定的可变参数而定义物理版图(图2)。PCells是定制设计的基石，提供单一可程序化PCell取代已绘制单元(drawncell)的众多不同版本。通过替换特定尺寸变量(参数)的不同数值，版图工程师们能够建立几乎无限量的变异(variations)。例如，只需改变各特定位置或「处理程序」的网关长度参数，就可以使用一个NMOS晶体管的PCell来建立许多不同的NMOS组件。然后EDA工具会依据这个新参数，从单一PCell自动产生正确尺寸的PCell版图，而使用者不必手工「绘制」任何图形。
我们运用与拥有相关指定默认值的特定PCells对应的PDK所提供的符号，以电路图的形式来设计定制电路。在版图开始之前，电路设计人员可以依据使用PDK所提供的仿真模型而执行的仿真结果，来修改各PCell处理程序的个别参数。对应的PCells被放置到版图中后，版图系统所产生的版图就会自动反映调整后的值，并且预期能够产生符合仿真结果的硅芯片良率。
如同PDK本身一般，PCells需要许多基础架构子组件，以实现更多先进功能。这些包括嵌入式功能，例如尔后将详述的stretchhandles与auto-abutment和「回呼(callbacks)」专属的独立文件以及「CDF数据库」。
然而其复杂性因公司与应用而异，而PCell功能受限于PCell开发人员想要撰写多少程序，并因此而定义。PCells可使非常先进的函数自动化，维护复杂的关系，甚至能够与自己的环境互动。在TSMC等厂商开发的先进制程中，设计规则越来越繁复，而且组件之间的关系也很敏感，所以使用者逐渐依赖TSMCPDK以实现世界级良率。先进的PCell算法为TSMCPDKs提供睥睨群雄的价值。
解决方案的发端：共通数据库
幸好许多工作都已事先完成，帮助实现具相互操作性PDKs。解决方案的首要元素就是Cadence建立的OpenACCess™(OA)数据库，于2001年左右奉献给SILiconIntegrationInitiative(Si2)( www.si2.org )标准组织。现在OA逐渐成为定制IC设计工具的事实标准数据库。
以前，EDA公司开发的私有数据库必须要转译–通常会损失一些功能–才能够被其他供货商的工具读取利用。现在，隶属于Si2OpenACCessCoalition的30多家主要EDA供货商，搭配主要使用者，通力合作开发和维护这个数据库标准。符合OA规范的EDA工具能够相互操作，不必数据转换，有时甚至能够达到实时的要求。
具相 互操作性 PCELLS
开放式PCell基础架构必要的第二元素就是具相互操作性的程序撰写语言。OpenAccess标准以Tcl、C++与Python等众多开放式标准程序撰写语言的插件(plug-ins)为特色。透过充分的程序撰写，全都可用来建立可供以OA为基础的工具读取的PCells。然而Ciranova–IPL创始会员之一–已经为具相互操作性、以OpenAccess为准的PythonPCells奠定了基础，称为PyCells™。
IPL创建之后，创始会员都同意充分利用这些新兴技术来开发和发表一套观念验证(prove-of-concept)的PCell链接库，并很快就在5家不同EDA公司的8种工具中实际运用了。这个很有说服力的铁证显示，可以运用既有技术建立具相互操作性的PCells。体认到OA与PyCells的潜力， TSMC 欣然接受与一群IPL会员合作，建立原型计划。
PYCELLS
Ciranova选择使用Python程序撰写语言，摒弃Tcl，就是因为具备面向对象程序规划等现代化功能、现成可用的Python程序规划人力，以及快速的运行时间。PyCells不仅比传统PCells的程序行数大幅减少，也提供远胜过老旧PCells的效能改善。PyCells也支持abutment、stretchhandles与DFM规则等先进功能。可从Ciranova免费下载的PyCellStudio™为PyCell开发与高效率PyCell侦错工作提供交互式环境，因而提高了PCell开发生产力，并缩短循环时间。此外，PyCellStudio还支持数十种PCell专属的Python延伸，实现定制并支持先进PDK功能。
何谓CDF？
组件描述格式(ComponentDescriptionFormat，CDF)基本上描述参数属性的内容，也就是PCell参数显示的位置，并且可由用户在商用电路图与版图编辑系统中加以修改(图3)。这对于使用共通语法的所有工具而言非常重要，这是不拘泥来源而可以沟通的非常基本的信息。
这个CDF文件储存下列项目：
•参数名称，如长度、宽度、间隔等
•参数以何种参数属性格式来显示；显示哪些参数；使用者可编辑哪些参数
•PCell中参数的默认值
iPDK 中经原始编译后的PyCell包括CDF，储存在OA数据库中，作为PyCell的内容。但是，每次将符号放置到电路图，或在版图中手动启用PCell，参数属性格式就会自动开启，显示这项CDF信息。一旦符号或PCell放置(产生)之后，所有CDF数据加上默认值的所有变更都会被储存在OA数据库中，作为组件对象(instance)的内容。后来CDF中数值的变更不会自动反应到已放置的组件对象(instance)，反之亦然。
CDF内容与功能在所有工具中都一样，提供同样或类似功能，但是为了使CDF能够相互操作，所有IPL会员都必须同意特定语法和各项名词定义。与IPL标准的其他元素相同，Synopsys已经完成一些工作，开发类似CDF的语法称为「iparams」，后来贡献给IPL，现在称为「ICDF」(可相互操作CDF)，以避免使用者混淆。
回呼
先进的PCells为部分变量提供替代公式或函数(「回呼」)的能力，使形状之间的必要关系得以维持。在单一水平上，回呼不仅可以控制合法值的输入(例如X>0)，还能够定义以参数属性格式输入合法值时工具应该执行哪些工作：应该是警告信息，或应该自动提供最接近的合法值，或者两者皆是呢？此外，回呼被用来维护从属参数(dependentparameters)：在这个范例(图4)中，延伸OD(扩散)层而增加多晶硅网关(polygate)宽度时，回呼可以维持polyendcap尺寸，使变更对称于晶体管的中心，并且在空间足够时增加接触(contact)。
回调函数名称通常储存在CDF(称为「格式字段回呼(formfiELDcallbacks)」)中，但回呼本身，例如PCells，都是以Tcl或Python等程序撰写语言来撰写的。虽然曾经想使用Python来撰写回调函数，但许多IPL伙伴已经大量投资于Tcl回呼技术，而且一如以往，联盟倾向于采用既有、通过验证的技术，作为阻力最小而且最可能成功的途径。
STRETCHHANDLES与AUTOABUT
Stretchhandles以小钻石或方块的形式出现在PCell版图中，标记外形可延展的边缘。可延展的边缘连结到特定参数，如图4中的网关长度或宽度。Stretchhandles让用户能够手工调整版图编辑器中标记的边缘。以如此方式改变在参数属性格式中相关参数的值，以使得适用的回呼能够被执行–例如范例中接触的数量–而且版图可以实时动态调整，满足所有附属条件。
Autoabut代表能够自动合并拥有指定联机的两个PCells。这通常是透过分享晶体管的扩散区域而达成的，以缩减版图的尺寸。这些单元也可以「解除毗连(un-abutted)」而分割恢复成为两个独立的晶体管。
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为了延伸或毗连PCell，其行为(behavior)会在Tcl文件中描述，并从PCell程序呼叫。
计划起跑
TSMC 与其EDA伙伴们合作开发具相 互操作性 PDKs时，虽已建立了许多PCells的基础，但是这个 iPDK 团队还是必须拟定务实的PDK规格以供使用，最好是在已成熟的先进制程、通过量产验证并且具备复杂PCell链接库的PDK。TSMC的65nm混合信号RF单一供货商PDK，配备完全吻合上述需求的专属PCells。这个PDK具有480个PCells，最复杂的MOS晶体管拥有68个CDF选项；而且回调函数包括4000多行程序。
本文关键字：操作性 综合-其它，单片机-工控设备 - 综合-其它
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