Forscher an der University of Texas in Austin haben ein neues Forschungspapier vorgestellt, das ein fortschrittliches Framework namens APPlace vorstellt. Es zielt darauf ab, die Herausforderungen der Layout-Automatisierung für analoge und Mixed-Signal-Schaltungen (Analog/Mixed-Signal) zu bewältigen. Die Innovation beruht auf der Co-Optimierung von Gerätepositionen und Anschlusspunkten (Access Points) parallel zu den phasenbezogenen Schritten des globalen Layouts.
Traditionelle Herausforderungen beim Design analoger Schaltungen
Die Automatisierung des Layouts analoger Schaltungen bleibt eine komplexe Aufgabe, da parasitäre Effekte und Fehlanpassungsprobleme, die während des Layouts entstehen, die Leistung der Schaltung direkt und entscheidend beeinflussen. Die Phase der Komponentenplatzierung ist von äußerster Wichtigkeit, da sie den Lösungsraum für das Routing einschränkt und das nach der Fertigung erreichbare Leistungsniveau bestimmt.
Bei den derzeitigen analytischen Methoden basiert der Layout-Prozess auf der Optimierung der Gerätekoordinaten basierend auf zentralisierten Drahtlängenmetriken, während die Auswahl der Anschlusspunkte der nachfolgenden Routing-Phase überlassen wird. Die Routing-Pins in analogen Schaltungen stellen jedoch ausgedehnte Stücke von Anschlussmetallen dar und keine abstrakten Fixpunkte, weshalb die optimale Auswahl der Anschlusspunkte im Wesentlichen von den Positionen der anderen damit verbundenen Geräte abhängt.
Wie funktioniert das neue APPlace-Framework?
Das APPlace-Framework bietet eine radikale Lösung, indem es die Auswahl der Anschlusspunkte und der Gerätepositionen während der globalen Platzierungsphase miteinander verbindet, gefolgt von einer rechtlichen Anpassungsphase, die die durch die globale Platzierung festgelegte strukturelle Architektur beibehält, ohne sie zu verletzen.
Die Ergebnisse praktischer Experimente an vier realen Standard-Benchmark-Gruppen für analoge Schaltungen zeigten, dass APPlace im Vergleich zu herkömmlichen Basismodellen eine erhebliche Überlegenheit in der Gesamtleistung bei vergleichbarer Layout-Fläche erzielt.
Was ändert diese Innovation in der Praxis?
Ablations- und Evaluierungsstudien der Forscher bestätigten, dass der Verzicht auf die Co-Optimierung der Anschlusspunkte zu einem erheblichen Verlust von bis zu 13 Dezibel bei der Gleichtaktunterdrückung (CMRR) in Tests mit Transkonduktanzverstärkern (OTA) führt, neben einer Erhöhung der Verzögerungszeit von Komparatoren (Comparator Delay) um 23 Prozent.
Diese Innovation unterstreicht die Bedeutung der frühen Integration zwischen der Platzierung von Gerätepositionen und Verbindungspfaden in EDA-Werkzeugen (Electronic Design Automation), was den Weg zur Verbesserung der Effizienz komplexer analoger und Mixed-Signal-Schaltungen ebnet.