Egon Hörbst

Technische Aspekte der Kommunikation in CAD-Systemen

Der Kommunikation mit dem Rechner kommt bei CAD-Systemen eine weit hohere Bedeutung zu, als in der rein kommerziellen Datenverarbeitung. Durch Konstruktion und Entwurf fallen neben den numerischen Daten auch grafische Daten an, die beim Dialog mit dem Rechner ein- und ausgegeben werden mussen. In der Konstruktion und Entwurfsphase ist daruber hinaus ein sehr umfangreicher und aufwendiger Dialog mit Rechnerprogrammen und grosen Dateien notwendig.

Introduction to the Design of Integrated Circuits

This book has three main goals: First, we want to show that the development of modern design procedures for integrated circuits which have simple and formal interfaces with the design engineer as well as with the production process (standard design procedures) have resulted in new ways of solving user-specific problems: A new kind of application technology has thus been formed. It might find as wide an application as the programming technology for software which, in the beginning of the sixties, became a universal application technology. Second, we want to give general introduction to the methods of designing integrated circuits. We will discuss basic technologies as well as various methods of layout design and required testing concepts.

Introduction to Semiconductor Technology for Integrated Circuits

The semiconductor technology started its triumphant march in the beginning of the sixties; a few circuit functions were integrated on a monolithic silicon chip a few mm2 in size. With the development of so-called MOS technology (MOS = metal oxide semiconductor) the key step towards extremely high integration densities was taken successfully in the middle of the sixties. In 1964, G. E. Moore, then director of the research department at Intel, predicted an annual doubling of the number of circuit functions per chip. The actual trend, a quadruplication every third year, is shown in Fig. 2.1.

Application of the VENUS Design System

The following chapter presents considerations, decisions, activities and arrangements which must be considered in conjunction with the definition, design, production, test and first delivery of a semiconductor component that is developed by means of the design system VENUS.

Cells and Libraries

Standard design systems are especially effective if they support several design methods (gate array, standard cells, macrocells) and several process technologies (CMOS, ECL). In this chapter some cell libraries currently offered with the VENUS design system are discussed with reference to the following aspects: A survey on the functional scope of the cell spectrum, the technical data of the cells and the structure of the data sheet is given. The similarities appearing when one goes from one design method (gate array) to another (standard cells) within one process technology are illustrated. The special features appearing when one goes from one process technology (3 µm CMOS) to another, higher integrated one (2 µm CMOS) are shown. The differences between different process technologies (CMOS and ECL) are demonstrated.

Layout Design Methods

A basic idea common to all standard design procedures is, as previously explained, the preparation of reusable, prefabricated and verified circuit components [3.1]. The design expenditure for the layout is saved. And the design engineer can work at a higher abstraction level. Transistors and the technological limitations — described in terms of process technology related design rules — no longer form the design basis; rather it is logic elements such as gates, flipflops and memories. These elements are called cells. That is why standard-design procedures are also called cell-oriented design procedures.

Zellen und Bibliotheken

Standarddesignsysteme weisen dann besondere Einsatz- und Leistungsfahigkeit auf, wenn sie mehrere Designmethoden (Gate-Array, Standardzellen, Makrozellen) und mehrere Prozestechnologien (CMOS, ECL) unterstutzen. In diesem Kapitel werden einige derzeit mit dem Entwurfssystem VENUS verbundene Zellenbibliotheken unter folgenden Gesichtspunkten fur den Designingenieur erlautert: Er erhalt einen Uberblick uber den Funktionsumfang des Zellenspektrums, die technischen Daten der Zellen sowie den Aufbau des Datenblatts. Die Ahnlichkeiten beim Ubergang von einer Designmethode (Gate-Array) zu einer anderen (Standardzellen) bei gleicher Prozestechnologie werden verdeutlicht. Die Besonderheiten beim Ubergang von einer Prozestechnologie (3 μm CMOS) zu einer hoher integrierten (2 μm CMOS) werden aufgezeigt. Die Unterschiede zwischen verschiedenartigen Prozestechnologien (CMOS und ECL) werden dargelegt.

Einsatz des Entwurfssystems VENUS

Im folgenden werden die Uberlegungen, Entscheidungen, Tatigkeiten und Absprachen dargestellt, die im Zusammenhang mit Definition, Entwicklung, Fertigung, Test und Erstauslieferung eines Halbleiterbausteins zu beachten sind, der mit Hilfe des Entwurfssystems VENUS entwickelt wird.

Einführung in die Halbleitertechnologie für integrierte Schaltungen

Die Halbleitertechnik begann ihren Siegeszug Anfang der 60er Jahre mit der Integration von wenigen Schaltfunktionen auf einem monolithischen Siliziumchip von einigen mm2 Grose. Mit der Entwicklung der sogenannten MOS-Technologie (MOS- = metal oxide semiconductor) gelang Mitte der 60er Jahre der entscheidende Durchbruch zu sehr hohen Integrationsdichten. So sagte 1964 G. E. Moore, damals Forschungsdirektor bei Fairchild, voraus, das sich die Anzahl der Schaltfunktionen pro Chip jahrlich verdoppeln wird. Die tatsachliche Entwicklung, eine Vervierfachung alle drei Jahre, zeigt Bild 2.1.

Design Strategies for VLSI Logic

Some typical problems of VLSI circuits and their solutions with the help of architectural concepts, circuit design and process technology are presented. These principles are demonstrated on two experimental chips fabricated in a research process line. Regular structures for the control part of a VLSI processor are described in more detail.