📚 课程目录第4章版图数据准备与GDS/OASIS处理

4. 版图数据准备与GDS/OASIS处理

在Calibre流片签核流程中，版图数据准备是物理验证的起点。无论后续是跑DRC、LVS还是天线检查，Calibre读到的版图数据质量直接决定了签核结果的可信度。本节聚焦GDSII与OASIS两种主流版图格式在导入导出、层次化处理、文本与属性保留，以及数据切割与合并中的关键工程问题。

一、GDSII与OASIS的格式差异与选择

GDSII是1980年代确立的二进制流格式，结构简单、工具兼容性极好，但存在两个硬伤：单文件不能超过2GB（受32位记录长度限制），且不支持压缩。OASIS（Open Artwork System Interchange Standard）是SEMI P39标准，采用变长整数编码、支持重复结构和CBLOCK压缩，同一版图通常只有GDSII的1/5到1/10大小，且没有2GB上限。先进工艺（如7nm及以下）的全芯片版图动辄数十GB，OASIS几乎是唯一可行的交付格式。

选择策略上：如果代工厂（Foundry）的Calibre规则文件明确要求GDSII，且版图小于1.5GB，用GDSII最省事；否则优先OASIS。需要注意的是，OASIS的--compression选项（如--compression 9）会显著影响读写速度，签核阶段建议用默认压缩级别，避免Calibre解析耗时过长。

二、数据导入导出：从设计到Calibre

Calibre本身不产生版图，它读取的是设计端导出的GDS/OASIS。典型链路是：版图工具（Virtuoso、ICC2、Innovus）→ 导出GDS/OASIS → Calibre读取。导出时最容易出问题的是层号映射（Layer Map）。例如Virtuoso中M1 drawing可能映射为GDS的layer 31 datatype 0，而Calibre规则文件里写的是layer MAP 31 0。如果映射表不一致，Calibre会报“layer not found”或更隐蔽地读到空图形。

实操中建议在导出后立即用calibre -drc -hier配合一个极简的layer check规则跑一遍，确认所有预期层都能被识别。导出命令示例（以Innovus为例）：

write_stream -format oasis -output ./signoff/chip_top.oas \
  -map_file ./tech/lefdef2oas.map \
  -unit 1000 -mode ALL

其中-unit 1000表示1μm对应1000个数据库单位（即1nm精度），这是先进工艺的常见约定。如果设计端用2000，Calibre端用1000，所有图形会缩小一半，DRC结果完全错误。

三、层次化处理：FLAT与HIER的取舍

Calibre支持两种读取模式：FLAT（展平）和HIER（层次化）。FLAT把所有层次打散成多边形，内存占用极大，但规则检查最直接；HIER保留cell层次，Calibre会按cell做检查并复用结果，内存和运行时间通常能降低一个数量级。

对于全芯片DRC，强烈建议用HIER模式。但HIER有一个前提：版图的层次结构必须“干净”——不能有跨cell的图形重叠导致Calibre无法正确切分。如果设计中有大量cell被flatten过，或者存在array与cell混用，HIER可能报“hierarchy conflict”。此时可以用Calibre的LAYOUT HIERARCHY选项配合DFM命令做层次修复，或者对冲突区域局部FLAT。

判断是否该用HIER的简单方法：如果版图的cell实例数超过10万，且没有明显的跨cell重叠，HIER几乎总是更优。反之，如果设计是“平铺式”的，FLAT反而更稳定。

四、文本与属性保留

版图中的文本（TEXT）和属性（PROPERTY）在签核中常被忽略，但它们对LVS和ERC至关重要。例如，VDD、VSS的文本标签用于LVS的电源网络识别；pin属性用于确认端口连接。GDSII的TEXT记录包含层号、文本类型、坐标和字符串；OASIS则用TEXT和PLACEMENT组合表达。

导出时务必确认-preserve_text或等效选项已开启。Calibre读取时，用LAYOUT TEXT命令指定哪些层上的文本需要被识别。例如：

LAYOUT TEXT PRIMARY "VDD" "VSS"

如果文本丢失，LVS会报“no power net found”，而DRC可能完全正常——这种“单侧通过”的假象最容易误导签核判断。

五、数据切割与合并策略

全芯片版图往往超过单机内存上限，需要切割（partition）后并行跑Calibre，最后合并结果。切割有两种粒度：按坐标窗口切割和按层次切割。坐标窗口切割简单，但会切断跨窗口的图形，导致边界处DRC误报；层次切割保留cell完整性，但需要设计端配合做层次划分。

工程上常用“重叠窗口”策略：每个窗口向外扩展overlap距离（通常取规则中最大检查距离的2倍，如5μm），Calibre在窗口内检查后，只保留窗口核心区域的结果，边界重叠部分由相邻窗口覆盖。合并时用calibre -merge或DFM MERGE命令，按坐标去重。

合并后必须做一次结果一致性检查：对比切割前的小规模全图结果与合并结果，确认没有漏报或重复报。如果差异超过0.1%，说明切割窗口或overlap设置有问题。

最后强调一个容易被忽视的细节：数据版本冻结。签核用的GDS/OASIS必须与设计端最终版图完全一致，任何在Calibre运行期间的版图改动都会导致签核结果失效。建议在导出后计算文件的MD5或SHA256，并记录在签核报告中。如果后续需要重新跑Calibre，先校验哈希值是否一致，避免“用旧数据跑新规则”的低级错误。

切割窗口的overlap距离不能凭经验随意设定。必须查阅当前工艺规则文件中最大检查距离（如DRC MAXIMUM DISTANCE或LVS MAXIMUM DISTANCE），overlap至少取该值的2倍。如果规则中有跨窗口的密度检查（density check），还需要额外考虑密度计算窗口的尺寸。

总结来说，版图数据准备的核心是“一致性”：格式与工具一致、层号与规则一致、单位与精度一致、切割与合并逻辑一致。把这四个一致性做扎实，Calibre签核的输入质量就有了保障，后续的DRC/LVS结果才值得信赖。