Die frühen 1990er Jahre waren eine Phase intensiver Forschung
im Bereich der VLSI Entwurfsmethoden. Mit steigender Komplexität
integrierter Schaltungen entstand die Notwendigkeit, logische,
strukturelle und physische Entwurfsebenen enger miteinander zu
verzahnen. Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 124
„VLSI Entwurfsmethoden und Parallelität“ wurde
am Standort Kaiserslautern das
PLAYOUT Design System
entwickelt [Hartenstein 1994].
Ein zentrales Ergebnis dieses
Projekts war die Entwicklung einer Design Datenbank
als gemeinsamer Informationsbasis sowie des
PLAYOUT Interchange Format (PLIF) als Austauschformat für
physische Designinformationen. Beide Komponenten waren entscheidend
für die Werkzeugintegration und gelten als frühe Vorläufer
moderner EDA Datenmodelle [Schürmann 1992].
Das PLAYOUT System wurde als hierarchisches, modular
aufgebautes EDA Framework konzipiert. Es umfasst Werkzeuge für
alle wesentlichen Schritte des Chip Designs, darunter das MIMOLA
Software System für Architektur und
Verhaltensmodellierung [Hartenstein 1985], den Repartitioner,
den Shape Function Generator sowie den
Chip Planner,
der Floorplanning-Algorithmen einsetzt,
wie sie in der Literatur der Zeit beschrieben wurden [Wong 1988; Sherwani 1999].
Diese Werkzeuge greifen auf eine gemeinsame Datenbasis zu
und bilden damit einen durchgängigen Entwurfsfluss ab, der
seiner Zeit weit voraus war. Die Integration der Werkzeuge erforderte
ein konsistentes, semantisch reichhaltiges Datenmodell – die Design Datenbank.
Die Design Datenbank des PLAYOUT Systems fungiert als
zentrales Meta Modell, das alle relevanten
Entwurfsinformationen über mehrere Abstraktionsebenen hinweg
speichert. Sie umfasst hierarchische Modulstrukturen, Netzlisten,
Partitionierungsdaten, Shape Functions, Technologieparameter und
Constraints.
Im Gegensatz zu klassischen Netzlistenformaten wie
EDIF oder BLIF ist die Design Datenbank semantisch
strukturiert und definiert sowohl Objekte als auch deren
Beziehungen. Dieses Prinzip entspricht modernen
Meta Modellierungsansätzen, wie sie später in der
Meta Object Facility (MOF) formalisiert wurden [OMG 2002].
Die Idee einer durchgängigen, semantisch definierten Datenbasis
wurde später in industriellen EDA Systemen wie OpenAccess
wieder aufgegriffen [Si2 2002], was die Pionierrolle des PLAYOUT Systems unterstreicht.
Während die Design Datenbank das interne Meta Modell bildet, dient das PLAYOUT Interchange Format (PLIF) als standardisiertes Austauschformat für alle physischen Designinformationen. PLIF wurde entwickelt, um die Interoperabilität zwischen den physischen Werkzeugen sicherzustellen und ist funktional vergleichbar mit späteren Formaten wie LEF/DEF [Cadence 1997], jedoch semantisch deutlich reichhaltiger.
PLIF beschreibt Module, Pins, Netze, Shape Varianten,
Constraints und Kostenfunktionen. Damit ist PLIF nicht nur ein
Datenformat, sondern ein domänenspezifisches Meta Modell
für physisches Design.
Die Idee, geometrische Varianten über
Shape Functions zu modellieren, findet sich auch in der
klassischen Literatur zur physischen Entwurfsautomatisierung [Sait &
Youssef 1999].
Der typische Datenfluss im PLAYOUT System verläuft wie folgt:
Der Shape Function Generator erzeugt geometrische Varianten und schreibt sie in PLIF.
Der Repartitioner ergänzt Partitionierungsinformationen.
Der Chip Planner liest PLIF, führt Floorplanning durch und aktualisiert Platzierungsdaten.
Die Chip Synthesis nutzt die finalen PLIF Daten zur physischen Synthese.
Diese klare Trennung und zugleich enge Kopplung der Werkzeuge entspricht modernen modellgetriebenen Entwicklungsansätzen [Kleppe et al. 2003].
Die Entwicklung von PLIF und der Design Datenbank war das Ergebnis enger Zusammenarbeit innerhalb des SFB 124.
Bernd Schürmann war maßgeblich an der Spezifikation von PLIF und der Konzeption der Design Datenbank beteiligt [Schürmann 1992].
Manfred Schölzke trug insbesondere im Bereich der Meta Modellierung, der Modellierungsregeln und der strukturierten Werkzeugintegration bei. Seine späteren Publikationen zur Meta Modellierung spiegeln viele der Konzepte wider, die im PLAYOUT System erstmals praktisch umgesetzt wurden [Schölzke 1998; Schölzke 2001].
Das PLAYOUT System und PLIF waren ihrer Zeit weit voraus.
Viele Konzepte, die heute in modernen EDA Frameworks
selbstverständlich sind – etwa hierarchische Datenmodelle,
integrierte Entwurfsflüsse oder semantisch definierte
Austauschformate – wurden im Rahmen des
SFB 124 erstmals
systematisch erforscht und prototypisch implementiert.
Die
Arbeiten des Teilprojekts B4 haben damit einen wichtigen Beitrag zur
Entwicklung moderner Chip Planungswerkzeuge geleistet und
zeigen, wie eng Meta Modellierung, Datenbankdesign und
physisches Design miteinander verknüpft sind.
Hartenstein, R. (Hrsg.): VLSI Entwurfsmethoden und Parallelität. Universität Kaiserslautern, 1994.
Schürmann, B.: Interne Berichte zum PLAYOUT System und PLIF. Universität Kaiserslautern, 1992–1994.
Wong, D. F., Liu, C. L., Young, F. Y.: Simulated Annealing for VLSI Design. Kluwer, 1988.
Sherwani, N.: Algorithms for VLSI Physical Design Automation. Springer, 1999.
Sait, S. M., Youssef, H.: VLSI Physical Design Automation. World Scientific, 1999.
Cadence Design Systems: LEF/DEF Language Reference, 1997.
Si2 OpenAccess Coalition: OpenAccess API Specification, 2002.
OMG: Meta Object Facility (MOF) Specification, 2002.
Kleppe, A., Warmer, J., Bast, W.: MDA Explained. Addison Wesley, 2003.
Schölzke, M.: Imposing Modeling Rules on Industrial Applications through Meta modeling. Forschungsbericht, 1998–2001.
Schölzke, M.: Timing-driven Floorplanning beim hierarchischen VLSI-Entwurf. Dissertation, 1999, ISBN-13: 978-3830000129