KL-cut based remapping

Abstract

This work introduces the concept of k-cuts and kl-cuts on top of a mapped circuit in a netlist representation. Such new approach is derived from the concept of k-cuts and klcuts on top of AIGs (and inverter graphs), respecting the differences between these two circuit representations. The main differences are: (1) the number of allowed inputs for a logic node, and (2) the presence of explicit inverters and buffers in the netlist. Algorithms for enumerating k-cuts and kl-cuts on top of a mapped circuit are proposed and implemented. The main motivation to use kl-cuts on top mapped circuits is to perform local optimization in digital circuit logic synthesis. The main contribution of this work is a novel iterative remapping approach using klcuts, reducing area while keeping the timing constraints attained. The use of complex gates can potentially reduce the circuit area, but they have to be chosen wisely to preserve timing constraints. Logic synthesis commercial design tools work better with simple cells and are not capable of taking full advantage of complex cells. The proposed iterative remapping approach can exploit a larger amount of logic gates, reducing circuit area, and respecting global timing constraints by performing an STA (static timing analysis) check. Experimental results show that this approach is able to reduce up to 38% in area of the combinational portion of circuits for a subset of IWLS 2005 benchmarks, when compared to results obtained from logic synthesis commercial tools. Another contribution of this work is a novel yield model for digital integrated circuits (IC) manufacturing, considering lithography printability problems as a source of yield loss. The use of regular layouts can improve the lithography, but it results in a significant area overhead by introducing regularity. This is the first approach that considers the tradeoff of cells with different level of regularity and different area overhead during the logic synthesis, in order to improve overall design yield. The technology remapping tool based on kl-cuts developed was modified in order to use such yield model as cost function, improving the number of good dies per wafer, with promising interesting results.

Este trabalho introduz o conceito de cortes k e cortes kl sobre um circuito mapeado, em uma representação netlist. Esta nova abordagem é derivada do conceito de cortes k e cortes kl sobre AIGs (and inverter graphs), respeitando as diferenças entre essas duas formas de representar um circuito. As principais diferenças são: (1) o número de entradas em um nodo do grafo, e (2) a presença de inversores e buffers de forma explícita no circuito mapeado. Um algoritmo para enumerar cortes k e cortes kl é proposto e implementado. A principal motivação de usar cortes kl sobre circuitos mapeados é para realizar otimizações locais na síntese lógica de circuitos digitais. A principal contribuição deste trabalho é uma abordagem nova de remapeamento iterativo, utilizando cortes kl, reduzindo a área do circuito e respeitando as restrições de temporização do circuito. O uso de portas lógicas complexas pode potencialmente reduzir a área total de um circuito, mas elas precisam ser escolhidas corretamente de forma a manter as restrições de temporização do circuito. Ferramentas comerciais de síntese lógica trabalham melhor com portas lógicas simples e não são capazes de explorar eventuais vantagens em utilizar portas lógicas complexas. A abordagem proposta de remapeamento iterativo utilizando cortes kl é capaz de explorar uma quantidade maior de portas lógicas com funções lógicas diferentes, reduzindo a área do circuito, e mantendo as restrições de temporização intactas ao fazer uma checagem STA (análise temporal estática). Resultados experimentais mostram uma redução de até 38% de área na parte combinacional de circuitos para um subconjunto de benchmarks IWLS 2005, quando comparados aos resultados de ferramentas comerciais de síntese lógica. Outra contribuição deste trabalho é um novo modelo de rendimento (yield) para fabricação de circuitos integrados (IC) digitais, considerando problemas de resolução da etapa de litografia como uma fonte de diminuição do yield. O uso de leiautes regulares pode melhorar bastante a resolução da etapa de litografia, mas existe um aumento de área significativo ao se introduzir a regularidade. Esta é a primeira abordagem que considera o compromisso (trade off) de portas lógicas com diferentes níveis de regularidade e diferentes áreas durante a síntese lógica, de forma a melhorar o yield do projeto. A ferramenta desenvolvida de remapeamento tecnológico utilizando cortes kl foi modificada de forma a utilizar esse modelo de yield como função custo, de forma a aumentar o número de boas amostras (dies) por lâmina de silício (wafer), com resultados promissores.