Timing-Aware Enhancements to MBFF Clustering in OpenROAD

Abstract

As redes de distribuição de clock representam uma das principais fontes de consumo de potência em projetos modernos de circuitos integrados VLSI. Os Flip-Flops Multi-Bit (MBFFs) reduzem esse consumo ao agrupar múltiplos Flip-Flops Single-Bit (SBFFs) em estruturas compartilhadas com buffers de clock comuns. Entretanto, determinar como realizar esse agrupamento preservando a qualidade temporal do circuito permanece um problema de otimização desafiador. Entre as técnicas de agrupamento MBFF de estado da arte, o algoritmo Scalable Divide-and-Conquer Flop-Tray (SFTray), disponível na plataforma OpenROAD, realiza a atribuição de flip-flops por meio de uma formulação de Fluxo de Custo Mínimo (MCF) baseada exclusivamente no deslocamento Manhattan, incorporando informações temporais apenas em etapas posteriores do processo de otimização. Este trabalho investiga a incorporação de informações contínuas de criticidade temporal ao fluxo de agrupamento do SFTray. Para isso, é introduzida uma métrica de criticidade derivada do slack, combinada ao deslocamento normalizado para compor uma função de custo temporalmente consciente na etapa de atribuição baseada em MCF. Além disso, a criticidade temporal é incorporada à etapa de refinamento baseada em Programação Linear (LP), ampliando a influência das informações temporais ao longo do processo de agrupamento. As modificações propostas foram implementadas diretamente no OpenROAD e avaliadas em nove circuitos benchmark sintetizados e implementados fisicamente utilizando a tecnologia ASAP7 de 7 nm. Os resultados experimentais demonstram que as formulações propostas exploram de forma mais eficiente o espaço de otimização em projetos com elevada densidade de elementos sequenciais, obtendo melhores compromissos entre potência e temporização sem comprometer os benefícios de área e redução da rede de clock proporcionados pelos MBFFs. Os resultados indicam que a criticidade temporal pode ser explorada de maneira eficaz em múltiplas etapas do processo de agrupamento, contribuindo para soluções MBFF de maior qualidade em fluxos de projeto físico de código aberto.