集成电路芯片数据格式GDSII(标识可选集成电路结构文件)「集成电路芯片型号」

GDSII(Graphic Design System的简称)是电子设计自动化(Electronic Design Automation,EDA)中的集成电路或布局数据交换的数据格式
它是一种二进制文件格式,用于以分层形式表示平面几何形状、文本标签以及布局的相关信息
在过去的30多年中,由于GDSII流格式是一种事实上的标准,几乎所有EDA软件与硬件系统都支持它
GDSII是在80年代由Calma开发的标准,所有权随着年代的推移从Calma转移到GE,再到Valid,最终到Cadence
版本虽然历经迭代更新,格式和语法没有本质的变化
GDSII一直是集成电路布局的行业标准数据库
尽管OASIS已经获得了很大的发展,但GDSII仍然是常描述用于构建芯片物理布局的主要格式
在某种程度上,GDSII的长生命周期既归因于其优雅的架构,也归因于其简单性
同时,庞大的遗留代码库可能也是导致切换到替代方案(如OASIS)变得缓慢的原因之一
本文通过示例描述,帮助读者快速了解GDSII格式,以及如何对GDS文件进行读写操作
文件格式GDSII文件格式清晰易懂,通过关键字定义文件库,结构,以及各种参数
本文着重介绍其在CAD/CAE/EDA项目开发中可能会遇到的内容
文件标识GDSII文件头始终以HEADER标识开头,参数包含了所使用的版本号
之后,BGNLIB记录了最后修改和最后访问文件的日期
LIBNAME记录了文档名称
之后是可选的文件头标识:REFLIBS,FONTS,ATTRTABLE,GENERATIONS,和FORMAT
文件头的最后一个标识必须是UNITS,记录单位与精度
在文件头之后是结构段
当所有信息定义完成后,文件以ENDLIB标识结束
HEADER 600 BGNLIB 10/31/2023 14:28:48 10/31/2023 14:28:48 LIBNAME WelSim_FirstUNITS 0.001 1e-09 …ENDLIB结构标识每个结构都有两个头标识和一个尾标识,包围一个任意的元素列表
第一个结构头标识是BGNSTR,其中包含创建日期和最后修改日期
随后是STRNAME标识
然后,结构段处于打开状态,可以列出BOUNDARY, PATH, SREF, AREF, TEXT, NODE, BOX七种元素中的一种
结构的最后一个标识是ENDSTR
在它之后必须是另一个结构段或者是整个库的结束,ENDLIB
BGNSTRSTRNAME...ENDSTRBOUNDARY元素边界元素定义了一个填充的多边形(Polygon)
它以BOUNDARY标识开头,包含可选标识ELFLAGS和PLEX,之后必须包含LAYER、DATATYPE和XY标识
LAYER标识用于定义此边界使用的层(从0到63编号)
DATATYPE标识包含不重要的信息,其参数应为零
XY标识包含从四对到200对坐标,用于定义多边形的轮廓
此标识中的点数由标识长度定义
值得注意的是,因为边界必须是闭合的,所以第一个和最后一个坐标值必须相同
BOUNDARY LAYER 0 DATATYPE 0 XY 0: 00: 10002000: 10002000: 00: 0ENDEL PATH元素路径是一种具有非零宽度的开放图形,通常用于放置导线
以PATH标识开始,然后是可选的ELFLAGS和PLEX标识
随后必须出现LAYER标识,以识别所需的路径材料
此外,必须出现一个DATATYPE标识和一个XY标识,以定义路径的坐标
路径中可以包含从两个到200个点
在路径规范的XY标识之前,有两个可选的标识PATHTYPE和WIDTH
PATHTYPE标识描述了路径段端点的性质
如果该值为0,段将具有在路径顶点终止的方形端点
值为1表示圆形端点,值为2表示方形端点,其端点宽度为其宽度的一半
路径的宽度由可选的WIDTH标识定义
如果宽度值为负数,那么它将独立于任何结构缩放
PATH LAYER 1 DATATYPE 0 PATHTYPE 0 WIDTH 500 XY 0: 00: 1000020000: 018000: 150008000: 15000ENDEL SREF元素SREF标识表示结构体引用,通过允许结构引用出现在其他结构中,从而实现层次
随后是可选的ELFLAGS和PLEX标识
之后SNAME记录命名所需的结构,XY标识包含单个坐标以放置此结构
在XY标识之前,可能存在可选的变换标识
如果需要结构变换,必须首先出现STRANS标识
BGNSTR 10/31/2023 14:28:48 10/31/2023 14:28:48 STRNAME SquareSREF SNAME CircleXY -10000: 5000ENDEL BOUNDARY LAYER 0 DATATYPE 0 XY -15000: 0-15000: 10000-5000: 10000-5000: 0-15000: 0ENDEL ENDSTR AREF元素除了用于单个结构的SREF,GDSII还有AREF(阵列引用)元素,它可以放置一维或二维结构阵列
这对许多包括存储器的集成电路布局非常有用
在可选的ELFLAGS和PLEX标识之后,接着是SNAME标识,用于标识被排列的结构
接下来,可选的变换标识STRANS、MAG和ANGLE标识提供了实例的方向
必须随后出现COLROW标识,以指定数组中的列数和行数
最后一条标识是一个XY标识,包含三个点:角实例的坐标、列方向上最后一个实例的坐标、以及行方向上最后一个实例的坐标
BGNSTR 10/31/2023 11:56:33 10/31/2023 11:56:34 STRNAME ARRAY_EXAREFSNAME WELSIM_RECTANGLE 10COLROW 5 3 XY 0: 020000: 00: -10000ENDELENDSTR TEXT元素消息可以通过TEXT标识包含在电路中
以关键字TEXT开头,之后是可选的ELFLAGS和PLEX标识,接着是必需的LAYER标识
然后必须出现一个具有零参数的TEXTTYPE标识
可选的PRESENTATION标识指定字体
可选的PATHTYPE、WIDTH、STRANS、MAG和ANGLE标识可以调整文本
最后两个标识是必需的:一个XY标识,带有单个坐标以定位文本
一个STRING标识,用于表达实际文本
TEXT LAYER 0 TEXTTYPE 2 PRESENTATION 0 XY 5000: 3000STRING WelSim labelENDELNODE元素NODE标识可以指定电路信息
这个元素中的信息不是图形信息,不会影响制造的电路
而是为了供其他使用拓扑信息的CAD系统使用
这里就不赘述了
NODELAYER 21NODETYPE 1XY 123000: 124500123000: 103500126000: 103500126000: 124500123000: 124500ENDELBOX元素GDSII文件的最后一个元素是BOX
在BOX标识之后是可选的ELFLAGS和PLEX标识,接着是必需的LAYER标识,一个带有零参数的BOXTYPE标识,以及一个XY标识
XY标识必须包含五个点,描述一个封闭的矩形
与边界不同,这不是一个填充的图形
因此,它不用于描述集成电路的几何形状
BOX 43 2 92000 -7000 106000 -7000 106000 19000 92000 19000 92000 -7000 ENDELGDS文件的读写操作除了商业软件供应商外,还有许多免费的GDSII工具
这些免费工具包括编辑器、查看器、将2D布局数据转换为通用3D格式的实用程序、将二进制格式转换为可读的ASCII格式的实用程序,以及程序库
笔者经过一些测试和使用,发现1. KLayout是一款开源的GDS文件可视化浏览与编辑器,简单好用,适合初学者
开源的代码也适合深入学习
支持将二进制的GDS文件转换为ASCII格式的可读文本
2. gdstk是一款基于C++语言的开源GDS读写包,协议非常友好,可以直接用于GDS相关的商业项目
同时拓展有Python版本
3. 自行编写与GDSII相关的应用程序并不复杂,还可以与其他CAD内核模块与2D/3D显示模块结合,实现更为丰富的功能
总结GDSII是一种语法简单的二维CAD文件格式,常用于集成电路和芯片的设计
GDS生态丰富,有大量的商业和开源软件支持,对于应用者和开发者都极为友好
如果研发一款EDA/CAE软件,对GDSII文件的支持可能是必要的
WelSim与作者不隶属于GDSII,OASIS,Cadence,KLayout,gdstk
和GDSII,OASIS,Cadence,KLayout,gdstk的开发团队与机构没有直接关系
这里的引用仅用作技术博客文章与软件使用的参考
集成电路芯片数据格式GDSII(标识可选集成电路结构文件)
(图片来源网络,侵删)

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