隨著 vlsi 系統(tǒng)的復(fù)雜性和集成度的不斷提高， cad 技術(shù)在 vlsi 技術(shù)中的地位日益重要．尤其是在 asic 迅速發(fā)展的今天，用戶 更迫切地需要能夠幫助他們進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)的軟件工具．人們特別 需要這樣一種設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它能夠從滿足 vlsi 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性要求的 高級(jí)語(yǔ)言描述出發(fā)，自動(dòng)地完成各個(gè)階段的設(shè)計(jì)任務(wù)，最終完成 所設(shè)計(jì)器件的連線版圖設(shè)計(jì)。硅編譯器就是這樣一種軟件工具。
硅編譯器的 ‘ 編譯 ' 一詞來(lái)源于軟件術(shù)語(yǔ)．在語(yǔ)言編譯時(shí)， “ 編譯 ” 是指用編譯程序?qū)⒃凑Z(yǔ)言變換成目標(biāo)程序的過(guò)程，也就是將高級(jí) 語(yǔ)言轉(zhuǎn)換成低級(jí)的機(jī)器代碼的過(guò)程。與此相應(yīng)，如果把版圖描述 看作機(jī)器代碼，而把行為級(jí)描述看作高級(jí)語(yǔ)言，那么把行為級(jí)描 述直接轉(zhuǎn)換成版圖描述的過(guò)程也可以認(rèn)為是一種 ‘ 編譯 ' 過(guò)程．
硅編譯器的設(shè)計(jì)思想最先由 martinrem 于 1978 年提出，而 johannson 于 1979 年首先設(shè)計(jì)出數(shù)據(jù)通道硅編譯 器． 1985 年 3 月 w68cs02 芯片采用硅編譯器進(jìn)行設(shè)計(jì)， 該芯片與 8 位 cmos6502 微處理器完全兼容．按常規(guī)的設(shè) 計(jì)方法，一位芯片設(shè)計(jì)師和兩位繪圖員需用九個(gè)月時(shí)間才 能完成對(duì)該芯片的設(shè)計(jì)，采用硅編譯器進(jìn)行設(shè)計(jì)只需不到 一個(gè)月的時(shí)間，只是芯片的面積略大一些。目前，已有其 它一些硅編譯器被研制、開(kāi)發(fā)并投入應(yīng)用，但多數(shù)都只限 于用在某一特定的設(shè)計(jì)任務(wù)中。如存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)，信號(hào)處理 單元設(shè)計(jì)等。
vlsi 的設(shè)計(jì)和制造涉及到許多完全不同的學(xué)科。在設(shè)計(jì) 一個(gè)集成電路時(shí) , 常常是 : (1) 由系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)及邏輯設(shè)計(jì)； (2) 集成電路設(shè)計(jì)師再根據(jù)邏輯圖進(jìn)行版 圖設(shè)計(jì) ; (3) ，進(jìn)而得到生產(chǎn)所需的掩膜版。對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì) 師來(lái)說(shuō)，版圖設(shè)計(jì)是件陌生而頭痛的事。
以硅編譯器為基礎(chǔ)的新設(shè)計(jì)系統(tǒng)為 vlsi 設(shè)計(jì)開(kāi)辟了一個(gè)新 的途徑．系統(tǒng)設(shè)計(jì)師不必依賴集成電路設(shè)計(jì)師而直接設(shè)計(jì) 集成電路，他不僅能從邏輯結(jié)構(gòu)的行為級(jí)描述或門級(jí)描述 出發(fā)直接得到掩膜信息，同時(shí)還能進(jìn)行時(shí)序、邏輯和電路 的模擬．這有助于建立為確保最終設(shè)計(jì)的 ‘ 可查找，可追蹤 的管理數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)也是 2000 門以上門陣列設(shè)計(jì)中急需解 的關(guān)鍵問(wèn)題。
硅編譯器是一種主要的半定制工具，其輸入是高級(jí)的系統(tǒng)描述。
典型的硅編譯器的處理過(guò)程分五步進(jìn)行。
– 輸入描述語(yǔ)言 ：以一定的形式支持對(duì)系統(tǒng)功能的描述和常規(guī)的編程約定。如整數(shù) 運(yùn)算、過(guò)程定義等。
– 編譯處理功能 ：硅編譯器對(duì)輸入的高級(jí)描述語(yǔ)言（源程序）進(jìn)行編譯處理，生成 基本模塊單元清單和內(nèi)連關(guān)系網(wǎng)絡(luò)。
– 基本模塊的實(shí)現(xiàn) ：基本模塊是編譯器的低級(jí)指令集，它們具有明確的物理表達(dá)形 式
- 版圖?；灸K可以取自一個(gè)單元庫(kù)，也可以通過(guò)組合過(guò)程實(shí)現(xiàn)．在 first 硅編譯器中，基本模塊包括乘法器、加法器、延遲線等．
– 芯片的自動(dòng)布局 ．目的在于實(shí)現(xiàn)芯片平面的分配。為保證布線的高效率和提供合 適的通訊結(jié)構(gòu)，必須認(rèn)真作好芯片平面布局，即按一定的規(guī)則把各個(gè)基本單元模 塊配置在芯片的位置上，為優(yōu)化芯片設(shè)計(jì)，將自動(dòng)地重復(fù)基本模塊的單元布局和 連接。
– 芯片的布線 ：在完成了對(duì)基本模塊的布局之后，硅編譯器自動(dòng)地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接布 線，并添置必需的焊盤和 i ／ o 單元，以最終完成芯片的版圖設(shè)計(jì)。
定制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
在不久的將來(lái)，將出現(xiàn)在一個(gè)芯片上存在各種定制技術(shù)的組 合，即芯片上同時(shí)有：熔絲可編程器件（ proms 、 plas 、 pals 等）；掩膜可編程器件（門陣列、 rom 等）；軟件可編 程器件及微處理器、模擬器件及存儲(chǔ)器件等
主要原因?yàn)椋?
– 要求在一塊芯片上集成較為復(fù)雜的功能
– 掩膜可編程性為設(shè)計(jì)人員和操作人員廣泛利用
– 從邏輯設(shè)計(jì)到生成掩膜的 cad 工具日益成熟和廣泛應(yīng)用
– 與生產(chǎn)每個(gè)芯片的其他所有工藝過(guò)程相比，將更廣泛地使用形成互連圖 案、刻蝕金屬線和絕緣層的制造設(shè)備。
隨著標(biāo)準(zhǔn)單元和門陣列之間競(jìng)爭(zhēng)的加劇，沒(méi)有任何理由阻 止標(biāo)準(zhǔn)單元并入門陣列。單元庫(kù)中的一個(gè)或幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單 元，將可能是一個(gè)給定大小的門陣列單元．即標(biāo)準(zhǔn)單元的 功能和集成度將達(dá)到 lsi 甚至 vlsi 的水平，常被稱為超級(jí) 單元或巨單元．這不僅是標(biāo)準(zhǔn)單元法的一個(gè)發(fā)艇趨勢(shì)，還 體現(xiàn)了 vlsi 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想中的層次設(shè)計(jì)方法。