4. Floorplan初始化与Die/Core规划

Floorplan 初始化是数字后端实现中“定生死”的一步。它决定了芯片的物理边界、标准单元可摆放区域、宏单元的大致位置以及电源网络的骨架。一旦 die 尺寸、core 区域和 IO 间距确定，后续的 placement、CTS 和 routing 都会在这个框架内展开。如果这一步规划失当，后期往往需要推倒重来，代价极高。本节围绕 create_floorplan 命令，讲解 die 尺寸估算、core 到 IO 的间距、宽高比、利用率目标以及初步布局策略。

一、create_floorplan 命令的基本用法

Innovus 中初始化 floorplan 的核心命令是 create_floorplan。它支持多种尺寸指定方式，最常用的是按 die 尺寸、按 core 尺寸或按利用率自动推算。典型调用形式如下：

create_floorplan \
  -core_density_size 1.0 0.7 20 20 20 20 \
  -core_aspect_ratio 1.0 \
  -core_utilization 0.65 \
  -left_io2core 20 -right_io2core 20 \
  -top_io2core 20 -bottom_io2core 20 \
  -start_first_row \
  -flip_first_row \
  -flip_second_row

其中 -core_density_size 用于指定 core 到 IO 的间距和 core 尺寸比例，-core_utilization 指定目标利用率，-core_aspect_ratio 指定宽高比。也可以直接使用 -die_size_by_io_height 或 -die_size 显式指定 die 尺寸。理解这些参数之间的换算关系，是做好 floorplan 的前提。

二、Die 尺寸估算

Die 尺寸估算的核心逻辑是：先根据标准单元总面积和 IO 数量估算 core 面积，再加上 core 到 IO 的间距，得到 die 面积。标准单元总面积可以从综合后的网表中统计，也可以由 report_area 或 report_design_area 得到。假设综合报告显示标准单元总面积为 500000 µm²，目标利用率设为 0.65，则 core 面积至少需要：

core_area = 500000 / 0.65 ≈ 769231 µm²

若宽高比设为 1.0，则 core 边长约为 √769231 ≈ 877 µm。再加上左右各 20 µm、上下各 20 µm 的 IO 间距，die 尺寸约为 917 µm × 917 µm。实际项目中还要考虑宏单元、电源环、decap 和 fill 的占用，通常会在估算值上留 5%～10% 的余量。

需要注意的是，利用率目标不是越高越好。利用率过高会导致布线拥塞、时序难以收敛；利用率过低则浪费面积、增加成本。对于以标准单元为主的设计，0.65～0.75 是常见区间；若设计中包含大量宏单元，则标准单元区域的局部利用率应适当降低。

三、Core 到 IO 的间距

Core 到 IO 的间距（io2core）决定了电源环、IO 驱动单元和 core 之间的缓冲空间。这个间距不能随意设置，它需要容纳：电源环宽度、电源环之间的间距、IO 单元到 core 的走线通道，以及可能的 corner cell 和 endcap。典型值在 15～30 µm 之间，具体取决于工艺节点和电源规划方案。

在 create_floorplan 中，-left_io2core、-right_io2core、-top_io2core、-bottom_io2core 分别控制四边的间距。如果四边间距相同，可以统一设置；如果某一边需要放置更多电源环或特殊 IO，则应单独加大。间距设置过小会导致电源环无法闭合或 DRC 违例；设置过大则浪费面积。

四、Aspect Ratio 与利用率目标

Aspect Ratio（宽高比）定义为 core 宽度与高度的比值。AR = 1.0 表示正方形 core，AR > 1.0 表示宽大于高，AR < 1.0 表示高大于宽。选择 AR 时需要考虑：

• 芯片封装与引脚排布：某些封装形式对 die 长宽比有约束。
• 宏单元形状：如果设计中包含长条形 SRAM 或 IP，core 形状应与之协调。
• 布线资源：过于扁平的 core 可能导致水平或垂直方向布线资源不均衡。
• 时钟树：正方形 core 通常有利于时钟树平衡。

利用率目标与 AR 相互影响。在 core 面积固定的情况下，改变 AR 会改变 core 的边长，进而影响标准单元行的长度和数量。Innovus 会根据 -core_utilization 和 -core_aspect_ratio 自动计算 core 尺寸，但设计者需要检查生成的 floorplan 是否合理。

五、初步布局策略

Floorplan 初始化完成后，需要制定初步布局策略。核心原则是：

1. 宏单元优先：先摆放宏单元（SRAM、IP、PLL 等），再摆放标准单元。宏单元通常沿 core 边缘或角落放置，避免阻挡布线通道。
2. 数据流导向：根据模块间的数据流关系，将相关模块放在相邻区域，减少长距离布线。
3. 电源网络预留：在宏单元之间和 core 边缘预留电源环和电源条的空间。
4. 通道预留：宏单元之间应保留足够的布线通道，通常不小于 20 µm，具体取决于金属层数和布线需求。
5. Pin 访问：确保宏单元的 pin 朝向布线通道，避免 pin 被遮挡。

以下 SVG 展示了 floorplan 初始化中 die、core、IO 间距、宏单元和标准单元区域的关系，以及关键参数对布局的影响。

六、参数设置示例与检查要点

假设一个中等规模设计，综合后标准单元面积为 480000 µm²，目标利用率 0.70，宽高比 1.0，四边 io2core 均为 20 µm。则：

core_area = 480000 / 0.70 ≈ 685714 µm²
core_side = √685714 ≈ 828 µm
die_side = 828 + 20 + 20 = 868 µm

在 Innovus 中执行 create_floorplan 后，应检查以下要点：

• core 区域是否完整包含所有标准单元行，行是否对齐。
• IO 间距是否足够容纳电源环，电源环是否闭合。
• 宏单元是否沿边放置，是否阻挡了主要布线通道。
• 利用率是否在目标范围内，是否存在局部过密区域。
• die 尺寸是否满足封装约束，是否有足够的 seal ring 空间。

Floorplan 初始化完成后，建议保存为 floorplan_initial.enc，并在后续步骤中逐步细化。Die/Core 规划是后续 placement 和 CTS 的基础，只有这一步做扎实，整个实现流程才能顺利推进。