阅读说明：本技术 一种最小化芯片布局面积的自适应选择方法 (Self-adaptive selection method for minimizing chip layout area ) 是由 刘强 李龙 魏丽军 陈新 严都喜 于 2020-08-05 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种最小化芯片布局面积的自适应选择方法,包括如下步骤：步骤一,计算输入矩形电路模块尺寸组合的宽度w<Sub>i</Sub>,形成宽度候选集W；步骤二,调用随机局部搜索算法计算每个宽度w<Sub>i</Sub>对应的初始高度H<Sub>i</Sub>,对W集中的宽度按填充率<Image he="89" wi="249" file="DDA0002618649240000011.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>的大小升序排序,其中totalArea表示所有矩形电路模块的面积；步骤三,W集中随机选择一个宽度且选择第k个宽度的概率为<Image he="95" wi="201" file="DDA0002618649240000012.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>其中|w|为候选宽度集W中候选宽度的个数；对宽度w<Sub>k</Sub>调用随机局部搜索算法计算最小高度H,若H小于宽度w<Sub>k</Sub>的初始高度H<Sub>k</Sub>,则将H<Sub>k</Sub>更新为H,将宽度w<Sub>k</Sub>的填充率fr<Sub>k</Sub>更新为<Image he="97" wi="172" file="DDA0002618649240000013.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>若H大于或等于宽度w<Sub>k</Sub>的初始高度H<Sub>k</Sub>,则更新W集使W集中的宽度按填充率的大小升序排列；步骤四,输出填充率最大的方案。该方法能有效提高材料的利用率。(The invention relates to a self-adaptive selection method for minimizing the layout area of a chip, which comprises the following steps: step one, calculating the width w of the input rectangular circuit module size combination i Forming a width candidate set W; step two, calling a random local search algorithm to calculate each width w i Corresponding initial height H i For width of W concentration according to filling ratio In ascending order of size, wherein totalArea represents the area of all rectangular circuit modules; step three, randomly selecting one width in the W set and selecting the k-th width with the probability of Wherein | W | is the number of candidate widths in the candidate width set W; for width w k A random local search algorithm is called to calculate the minimum height H, if H is less than the width w k Initial height H of k Then H will be k Update to H, update the width w k Filling ratio of fr k Is updated to If H is greater than or equal to the width w k Initial height H of k Updating the W set to enable the widths of the W set to be arranged in an ascending order according to the filling rate; and step four, outputting the scheme with the maximum filling rate. The method can effectively improve the utilization rate of the material.)

一种最小化芯片布局面积的自适应选择方法

技术领域

本发明涉及芯片布局技术领域，具体涉及一种最小化芯片布局面积的自适应选择方法。

背景技术

最小化芯片布局面积问题是VLSI(大规模集成)芯片设计的一个重要步骤。在VLSI(大规模集成)芯片设计中，已知n个宽、高分别任意给定的矩形电路模块，问如何确定一个大小可变矩形芯片，使得所有的矩形电路模块都能够合法地放入其中，并且要求矩形芯片的面积尽可能小。合法是指放入任意矩形电路模块后不超出矩形芯片的边界、电路模块的边平行于矩形芯片的边，且各电路模块间两两互不重叠。在大规模集成芯片设计领域，通常需要在矩形芯片上放置一组矩形模块，并且这些模块需要通过导线连接，要考虑的目标是最小化矩形芯片的面积和最小化导线的总长度。由于在大规模集成芯片设计中各个小矩形电路模块的布局会影响集成芯片的性能，同时也会由于小矩形电路模块布局不当使得矩形芯片的面积不是最优，从而导致生产矩形芯片所用材料的浪费。另一方面生产芯片的材料非常昂贵，因此材料的节约对于降低制造成本有重要的影响，特别是在大批量生产中，提高芯片材料利用率可以带来显著的经济效益。

目前解决最小化芯片布局面积问题常见的方法是通过固定矩形芯片的宽度将最小化芯片布局面积问题转换为二维条带包装问题(2DSP)，然后通过固定高度将二维条带包装问题转化为二维矩形包装问题(2DRP)。由于输入矩形电路模块尺寸的每种组合都可以是2DSP的候选宽度，因此通常存在太多可能的候选宽度，从而导致解决每个宽度上的2DSP花费太多时间；因此，这种方法的关键组成部分是如何选择最有希望的候选宽度；目前最常见的一种选择候选宽度的方法是仅考虑给定范围[W_min，W_max]内的宽度。W_min是所有矩形的较小尺寸的最大值，W_max的值设置为α·area(R)^1/2，其中area(R)是R中所有矩形的面积，而α是一个比1稍微大一点的参数。从[W_min，W_max]中选择有希望的宽度w是由其频率f(w)来决定的，频率f(w)定义为宽度w的尺寸组合数，w的尺寸组合定义为尺寸总和为w一组矩形尺寸。对于n个矩形，总共有

个不同的尺寸组合。例如，假设有2个矩形，其大小分别为1×2和3×4，则存在个尺寸组合，分别为{1}，{2}，{3}，{4}，{1，3}，{1，4}，{2，3}和{2，4}。这8组尺寸的总和分别为1,2,3,4,4,5,5和6。因此，1、2、3、4、5和6的频率分别为1、1、1、2、2和1，从而选择频率高的尺寸总和(4和5)作为候选宽度。这种方法的缺点是：随着矩形数目的增加频率f(w)就会成为宽度w的递增函数，从而导致偏向于选择w值较大的作为候选宽度，但是，导致最优解的候选宽度不一定是值较大的宽度。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足之处，提供一种简单易实施的最小化芯片布局面积的自适应选择方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种最小化芯片布局面积的自适应选择方法，包括如下步骤：

步骤一，输入矩形电路模块的尺寸；

步骤二，计算输入矩形电路模块尺寸组合的宽度，形成宽度候选集W；调用随机局部搜索算法计算每个宽度w_i对应的初始高度H_i，对W集中的宽度按填充率

的大小升序排序，其中totalArea表示所有矩形电路模块的面积；

步骤三，W集中随机选择一个宽度且选择第k个宽度的概率为

其中|w|为候选宽度集W中候选宽度的个数；对宽度w_k调用随机局部搜索算法计算最小高度H，若H小于宽度w_k的初始高度H_k，则将H_k更新为H，将宽度w_k的填充率fr_k更新为若H大于或等于宽度w_k的初始高度H_k，则更新W集使W集中的宽度按填充率的大小升序排列；

步骤四，输出填充率最大的方案。

更进一步的说明，所述步骤三中对宽度w_k调用随机局部搜索算法前将原始设定的迭代次数加倍。

更进一步的说明，步骤三中迭代次数的最大值设置为n，其中n为矩形电路模块数；若迭代次数达到最大值或完成迭代次数时即进行步骤四。

更进一步的说明，步骤一中宽度候选集W舍弃不代表输入矩形电路模块尺寸组合的宽度，仅包含作为输入矩形电路模块尺寸组合的宽度。

更进一步的说明，所述步骤二中将迭代次数设置为1调用随机局部搜索算法计算每个宽度w_i对应的初始高度H_i。

更进一步的说明，所述随机算法为基于天际线的启发式搜索算法，其包括如下步骤：

A：给定矩形电路模块序列R，芯片的宽度W和迭代次数iter；

B：让srk为宽度集W上的排序规则集，排序规则集包括按面积的降序排序、按高度降序排序、按宽度降序排序和随机排序四种排序规则；

C：以概率随机选择第i个排序规则；

D：对序列R，按所选择的排序规则进行排序；

E：从序列R中选择合适的电路模块r放置在天际线左下角的候选线段s处，每放置一个矩形电路模块r后将更新天际线的候选线段s，直到序列R中所有的矩形电路模块均被放置，返回一个天际线中已使用的初始的高度h；

F：进行迭代，直至达到迭代次数iter；

G：随机交换两个矩形电路模块从序列R中生成序列R1；

H：从序列R1中选择合适的电路模块r放置在天际线左下角的候选线段s处，每放置一个矩形电路模块r后将更新天际线的候选线段s，直到序列R1中所有的矩形电路模块均被放置，返回一个天际线中已使用的高度h1；

I：如果h1<h则h＝h1，R＝R1；

J：最后返回找到的最小高度。

本发明的有益效果：本发明针对最小化芯片布局面积问题提出一种自适应选择方法，该方法在大规模集成芯片设计中能够合理的布局各个矩形电路模块最大程度的提升集成芯片的性能，同时最小化矩形芯片的面积以最大程度的节省生产矩形芯片的材料，提高材料的利用率，从而使得在大批量生产中给企业带来显著的经济效益。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的一个实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，一种最小化芯片布局面积的自适应选择方法，包括如下步骤：

步骤一，输入矩形电路模块的尺寸；

步骤二，计算输入矩形电路模块尺寸组合的宽度，形成宽度候选集W；调用随机局部搜索算法计算每个宽度w_i对应的初始高度H_i，对W集中的宽度按填充率的大小升序排序，其中totalArea表示所有矩形电路模块的面积；

步骤三，W集中随机选择一个宽度且选择第k个宽度的概率为其中|w|为候选宽度集W中候选宽度的个数；对宽度w_k调用随机局部搜索算法计算最小高度H，若H小于宽度w_k的初始高度H_k，则将H_k更新为H，将宽度w_k的填充率fr_k更新为若H大于或等于宽度w_k的初始高度H_k，则更新W集使W集中的宽度按填充率的大小升序排列；

步骤四，输出填充率最大的方案。

本发明舍弃了不代表输入矩形电路模块尺寸组合的宽度，W集中仅包含作为输入矩形电路模块尺寸组合的宽度。选择第k个宽度的概率为

由于W集中的宽度是按填充率升序进行排序，这使得填充率较高的宽度将获得更高的概率，从而在大规模集成芯片设计中能够合理的布局各个矩形电路模块最大程度的提升集成芯片的性能，同时最小化矩形芯片的面积以最大程度的节省生产矩形芯片的材料，提高材料的利用率，从而使得在大批量生产中给企业带来显著的经济效益。

更进一步的说明，所述步骤三中对宽度调用随机局部搜索算法前将原始设定的迭代次数加倍。

先将迭代次数加倍再调用随机局部搜索算法是为了确保在相同的宽度上花费的精力比以前多，提高计算效率。

更进一步的说明，步骤三中迭代次数的最大值设置为n，其中n为矩形电路模块数；若迭代次数达到最大值或完成迭代次数时即进行步骤四。

将迭代次数的最大值设置为n(矩形电路模块数)是为了避免在一次调用的随机局部搜索算法时发生多次迭代。

更进一步的说明，步骤一中宽度候选集W舍弃不代表输入矩形电路模块尺寸组合的宽度，仅包含作为输入矩形电路模块尺寸组合的宽度。

如果给定n个矩形尺寸，每个候选宽度w_i至少是n个矩形尺寸组合的和。例如：候选宽度有[2，3，4，5，6，7，8，9]，输入矩形尺寸为3x4，2x5，其尺寸组合为{3}，{4}，{2}，{5}，{2，3}，{2，4}，{3，5}，{4，5}因为能够代表矩形尺寸组合的宽度只有2，3，4，5，6，8，9所以就会舍去7因为其不代表输入矩形尺寸组合。由此缩小宽度候选集W的范围，提高运算速度。

更进一步的说明，所述步骤二中将迭代次数设置为1调用随机局部搜索算法计算每个宽度对应的初始高度。

仅迭代1次计算初始高度，在后续步骤中通过多次迭代逐次修正，从而最终找到最优布局方案。

更进一步的说明，所述随机算法为基于天际线的启发式搜索算法，其包括如下步骤：

A：给定矩形电路模块序列R，芯片的宽度W和迭代次数iter；

B：让srk为宽度集W上的排序规则集，排序规则集包括按面积的降序排序、按高度降序排序、按宽度降序排序和随机排序四种排序规则；

C：以概率随机选择第i个排序规则；

D：对序列R，按所选择的排序规则进行排序；

E：从序列R中选择合适的电路模块r放置在天际线左下角的候选线段s处，每放置一个矩形电路模块r后将更新天际线的候选线段s，直到序列R中所有的矩形电路模块均被放置，返回一个天际线中已使用的初始的高度h；

F：进行迭代，直至达到迭代次数iter；

G：随机交换两个矩形电路模块从序列R中生成序列R1；

H：从序列R1中选择合适的电路模块r放置在天际线左下角的候选线段s处，每放置一个矩形电路模块r后将更新天际线的候选线段s，直到序列R1中所有的矩形电路模块均被放置，返回一个天际线中已使用的高度h1；

I：如果h1<h则h＝h1，R＝R1；

J：最后返回找到的最小高度。

本方法复杂度低，收敛快。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。