Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2016.Abstract : The evolution of CMOS technology made possible integrated circuits with billions of transistors assembled into a single silicon chip, giving rise to the jargon Very-Large-Scale Integration (VLSI). The required clock frequency affects the performance of a VLSI circuit and induces timing constraints that must be properly handled by synthesis tools. During the physical synthesis of VLSI circuits, several optimization techniques are used to iteratively reduce the number of timing violations until the target clock frequency is met. The dramatic increase of interconnect delay under technology scaling represents one of the major challenges for the timing closure of modern VLSI circuits. In this scenario, effective interconnect synthesis techniques play a major role. That is why this thesis targets two timing optimization problems for effective interconnect synthesis: Incremental Timing-Driven Placement (ITDP) and Incremental Timing-Driven Layer Assignment (ITLA). For solving the ITDP problem, this thesis proposes a new Lagrangian Relaxation formulation that minimizes timing violations for both setup and hold timing constraints. This work also proposes a netbased technique that uses Lagrange multipliers as net-weights, which are dynamically updated using an accurate timing analyzer. The netbased technique makes use of a novel discrete search to relocate cells by employing the Euclidean distance to define a proper neighborhood. For solving the ITLA problem, this thesis proposes a network flow approach that handles simultaneously critical and non-critical segments, and exploits a few flow conservation conditions to extract timing information for each net segment individually, thereby enabling the use of an external timing engine. The experimental validation using benchmark suites derived from industrial circuits demonstrates the effectiveness of the proposed techniques when compared with state-of-the-art works.A evolução da tecnologia CMOS viabilizou a fabricação de circuitos integrados contendo bilhões de transistores em uma única pastilha de silício, dando origem ao jargão Very-Large-Scale Integration (VLSI). A frequência-alvo de operação de um circuito VLSI afeta o seu desempenho e induz restrições de timing que devem ser manipuladas pelas ferramentas de síntese. Durante a síntese física de circuitos VLSI, diversas técnicas de otimização são usadas para iterativamente reduzir o número de violações de timing até que a frequência-alvo de operação seja atingida. O aumento dramático do atraso das interconexões devido à evolução tecnológica representa um dos maiores desafios para o fluxo de timing closure de circuitos VLSI contemporâneos. Nesse cenário, técnicas de síntese de interconexão eficientes têm um papel fundamental. Por este motivo, esta tese aborda dois problemas de otimização de timing para uma síntese eficiente das interconexões de um circuito VLSI: Incremental Timing-Driven Placement (ITDP) e Incremental Timing-Driven Layer Assignment (ITLA). Para resolver o problema de ITDP, esta tese propõe uma nova formulação utilizando Relaxação Lagrangeana que tem por objetivo a minimização simultânea das violações de timing para restrições do tipo setup e hold. Este trabalho também propõe uma técnica que utiliza multiplicadores de Lagrange como pesos para as interconexões, os quais são atualizados dinamicamente através dos resultados de uma ferramenta de análise de timing. Tal técnica realoca as células do circuito por meio de uma nova busca discreta que adota a distância Euclidiana como vizinhança.Para resolver o problema de ITLA, esta tese propõe uma abordagem em fluxo em redes que otimiza simultaneamente segmentos críticos e não-críticos, e explora algumas condições de fluxo para extrair as informações de timing para cada segmento individualmente, permitindo assim o uso de uma ferramenta de timing externa. A validação experimental, utilizando benchmarks derivados de circuitos industriais, demonstra a eficiência das técnicas propostas quando comparadas com trabalhos estado da arte
