3. 设计数据准备与导入
在 Calibre 物理验证流程中，设计数据准备与导入是决定后续 DRC、LVS、PEX 能否顺利执行的第一道关口。版图数据通常以 GDSII 或 OASIS 两种主流格式交付，二者在数据组织方式、压缩能力和层次表达上存在明显差异。理解它们的解析机制，并在此基础上完成层次化结构处理、顶层单元识别与数据完整性检查，是每一位版图与验证工程师必须掌握的基本功。
一、GDSII 与 OASIS 的格式解析差异
GDSII 是自 1970 年代沿用至今的二进制流格式，其结构由一系列“记录（record）”组成，每条记录包含长度、类型和数据。核心结构包括：库（LIBRARY）、单元（STRUCTURE）、边界（BOUNDARY）、路径（PATH）、SREF/AREF 引用、文本（TEXT）以及层号（LAYER）与数据类型（DATATYPE）。GDSII 的坐标以数据库单位（DBU）表示，例如 1 DBU = 0.001 μm，所有几何坐标均为整数，因此精度受 DBU 限制。GDSII 不支持内建压缩，大版图文件体积往往达到数 GB。
OASIS 是较新的格式，采用可变长整数与偏移表（offset table）实现随机访问，支持重复结构（repetition）、压缩存储和更灵活的属性扩展。OASIS 中单元称为 CELL，几何用 PLACEMENT、RECTANGLE、POLYGON、PATH 等记录表达，并可通过 REPETITION 一次性描述阵列。相比 GDSII，OASIS 在相同版图下文件体积通常可缩小 5～20 倍，且支持 32 位甚至更大坐标范围。Calibre 通过 calibre -gds 或 calibre -oasis 读取时，会先解析格式头，再构建内部层次数据库。
二、层次化结构处理与顶层单元识别
版图数据本质上是层次化的：底层单元（cell）被上层单元通过 SREF/AREF 或 PLACEMENT 引用，形成一棵以顶层单元为根的树。Calibre 在导入时会构建单元引用图（cell reference graph），并识别哪些单元被引用、哪些是叶子单元、哪些是顶层单元。顶层单元通常满足“不被任何其他单元引用”的条件，但实际项目中可能存在多个候选顶层，例如一个芯片包含 core、IO ring、pad 等多个并列顶层，或存在未被引用的孤立单元。
识别顶层单元时，常用做法是：先统计每个单元被引用的次数，引用次数为 0 的即为候选顶层；再结合单元名命名规范（如 TOP、CHIP_TOP）或项目约定确认。若存在多个候选顶层，需要与设计方确认真正的顶层，否则 Calibre 可能只验证了部分版图。对于层次化处理，Calibre 支持层次化 DRC/LVS，即在不同层次上分别检查并复用结果，从而避免将整个版图展平（flatten）导致内存爆炸。展平操作虽然能简化几何关系，但会丢失层次信息、显著增加运行时间，因此除非必要，应优先保留层次结构。
三、数据完整性检查
导入完成后，必须进行数据完整性检查，常见检查项包括：
- 顶层唯一性：确认只有一个顶层单元，或与设计方确认多个顶层的处理方式。
- 引用闭环：检查是否存在循环引用（A 引用 B，B 又引用 A），循环引用会导致 Calibre 报错或无限递归。
- 层号映射：确认 GDSII/OASIS 中的 layer/datatype 与 Calibre 规则文件中的层定义一致，避免“层丢失”或“层错位”。
- 坐标范围：检查版图坐标是否超出规则文件或工艺允许的范围，尤其是负坐标或超大坐标。
- DBU 一致性：确认文件 DBU 与规则文件中的
PRECISION一致，否则会导致尺寸偏差。 - 孤立单元与空单元：未被引用的单元或没有任何几何的单元应被识别并确认是否可忽略。
四、常见导入错误排查
实际项目中，导入错误往往集中在以下几类：
| 错误现象 | 可能原因 | 排查方法 |
|---|---|---|
| Calibre 报 “no top cell found” | 所有单元都被引用，或顶层名不符合预期 | 用 calibre -gds -top 列出候选顶层，检查引用计数 |
| 层丢失或层号错位 | layer/datatype 映射与规则文件不一致 | 对比 GDSII 层表与规则文件 LAYER 定义，检查 datatype |
| 尺寸偏差（如 0.001 μm 误差） | DBU 与 PRECISION 不一致 | 检查文件头 DBU 与规则文件 PRECISION，统一为 0.001 μm |
| 循环引用报错 | 单元引用形成闭环 | 用层次分析工具输出引用图，定位闭环路径 |
| 内存溢出或运行极慢 | 版图被意外展平，或层次过深 | 检查是否误用 flatten，保留层次化处理 |
calibre -gds -summary 或第三方工具（如 KLayout）快速查看文件结构，确认顶层单元、层数和单元数量。导入后，用 Calibre 的 LAYOUT SYSTEM GDSII 与 LAYOUT PATH 明确指定格式和路径，避免自动识别错误。对于 OASIS 文件，注意 LAYOUT SYSTEM OASIS 的声明，并检查压缩选项是否影响读取。
LAYOUT TOP CELL 显式指定。
完成上述准备后，设计数据即可进入 Calibre 的规则检查阶段。一个干净、层次清晰、顶层明确的版图数据库，是后续 DRC、LVS、PEX 高效运行的基础。实际项目中，建议将数据准备与导入检查固化为标准操作流程，减少因格式、层次或参数不一致导致的反复调试。