Innovus：Cadence那些曾经的布局布线工具

在数字集成电路后端设计的江湖里，Cadence的布局布线史，其实比很多人想象得更有戏剧性。今天大家一提到Cadence的数字后端，第一反应往往是Innovus。但如果把时间往前拨二十多年，你会发现Innovus并不是凭空冒出来的"天降神兵"，它背后其实站着一整条漫长的技术家谱，其中既有并购得来的"老底子"，也有Cadence自己一点点打磨出来的平台化野心。

Silicon Ensemble

如果说Innovus是今天Cadence数字后端的王牌，那么它最早的祖师爷，得追溯到上个世纪80年代末，当时Cadence（由SDA Systems和ECAD合并刚刚成立不久）在版图编辑上已经很强，但在自动布局布线领域急需一张王牌。在1989年，Cadence收购了Tangent Systems，Tangent Systems当时有面向标准单元布局布线的TanCell和面向门阵列布局布线的TanGate这两款核心产品，而这两条产品线后来在Cadence体系里改名为Cell Ensemble（后来因为芯片发展出了三层金属布线而升级为了Cell3 Ensemble）和Gate Ensemble。再后来，Cadence将这些技术融合，在1995年推出了统一的Silicon Ensemble，它能够同时处理标准单元、宏单元以及复杂的布线约束。

Silicon Ensemble时代还有一个极其深远、但常常被忽略的遗产，那就是LEF/DEF。很多工程师可能不记得TanCell或TanGate，但他们每天都在处理，.lef和.def文件。这两个诞生于上个世纪80年代中期、最初仅为Tangent Systems工具服务的专有格式，在被Cadence吸收后，凭借着Ensemble系列的全球大卖，意外地统一了数字设计的物理描述语言。

SoC Encounter

在Synopsy对Avanti!展开收购的同时，Cadence在2001年到2003年间大举收购了多家EDA公司以完善自己的物理设计流程，包括：CadMOS Design Technology、Plato Design Systems、Simplex Solutions、Verplex Systems、Silicon Perspective Corporation。

CadMOS Design Technology成立于1997年，其核心技术是信号完成性分析，主要产品有芯片级的噪声分析工具Pacific和单元级的噪声分析工具Celtic，于2001年被收购。

Plato Design Systems成立于1999年，其核心技术是布线优化，主要产品有系统级芯片布线工具NanoRoute，于2002年被收购。

Simplex Solutions成立于1995年，其核心技术是寄生参数提取和分析，主要产品有三维寄生提取工具Fire&Ice和电源完整性（电压降）分析工具VoltageStorm，于2002年被收购。

Verplex Systems成立于1997年，其核心技术是形式验证(Formal Verification)，主要产品有逻辑等价性检查工具Conformal LEC，于2003年被收购。

Silicon Perspective Corporation成立于1996年，其核心技术是虚拟原型设计与物理规划，主要产品是布图规划工具First Encounter，于2001年被收购。First Encounter当时的定位在逻辑综合和详细布线之间，覆盖了布图规划、自动布局、试验性布线、RC参数提取、时序分析等能力，并且能把结果交给当时Avant!的Apollo或Cadence的Silicon Ensemble进行更细致的布线和优化，当时First Encounter几乎将Synopsys的布图规划工具Chip Architect的市场份额挤压殆尽。

在完成了这些收购后，Cadence把自己原本的Silicon Ensemble与收购得到的技术结合，在2002年推出了SoC Encounter，并在之后推出了自己的全套SoC Encounter RTL-to-GDSII System，其中包含Encounter RTL Compiler、First Encounter、NanoRoute、CeltIC、Fire&Ice、VoltageStorm、Encounter Conformal、Encounter Test等工具。

Encounter Digital Implementation

如果说SoC Encounter标志着Cadence从传统布局布线工具走向SoC物理实现平台，那么 Encounter Digital Implementation则意味着这条路线第一次真正成熟了。它在2008年正式登场，Cadence把前几代工具里分散的布图规划、层次化实现、优化、详细布线和签核收敛能力，第一次认真地揉成了一个统一平台，即Encounter Digital Implementation RTL-to-GDSII System，其中包含Encounter Digital Implementation System、Encounter RTL Compiler、Encounter Conformal、Encounter Test、Encounter DFT Architect、Encounter Power System、Cadence QRC Extraction、Cadence Physical Verification System等工具。

Encounter Digital Implementation最有代表性的价值，在于它把"相关性"和"层次化"这两件事做深了。前者靠的是GigaOpt、NanoRoute、CCOpt这一批核心引擎不断融合，让优化和布线不再各干各的；后者靠的是GigaFlex、FlexModel、FlexILM这种抽象建模能力，去解决超大规模SoC在Top/Block之间反复Budget、反复Pin Assignment、反复时序回推的问题。尤其到了Encounter Digital Implementation 13.x以后，Cadence开始更认真地处理先进节点下的布线层感知优化、复杂设计规则、时钟树与数据路径协同优化，以及签核级ECO收敛。说白了，Encounter Digital Implementation真正厉害的地方，不是某一个单点算法特别神，而是它第一次把Cadence数字后端从"布局布线工具"推进成了"收敛平台"。

Innovus Implementation System

到了2015年Cadence又做了一次明显的代际升级，正式发布Innovus Implementation System（有趣的是，当时一起发布的几乎所有工具都使用us结尾，如Genus、Tempus、Voltus等）。Innovus Implementation System的登场，本质上是为了解决FinFET工艺节点（16nm及以下）带来的物理挑战与计算瓶颈。它彻底摒弃了老旧的单线程逻辑，引入了突破性的大规模并行架构(Massively Parallel)，让处理数亿门级设计的速度提升了5到10倍，真正实现了"一夜之间闭合时序"的工程梦想。与此同时，Innovus Implementation System不再是孤军奋战，它通过iSpatial技术与逻辑综合工具Genus、时序分析工具Tempus以及功耗分析工具Voltus深度缝合，构建了一个物理感知极强的"us"大家族，彻底终结了前端综合与后端实现之间长期存在的"所见非所得"的脱节困境。如果说Silicon Ensemble奠定了祖脉，SoC Encounter搭起了平台骨架，Encounter Digital Implementation完成了收敛平台化，那么真正把Cadence后端带入现代形态的，就是Digital Implementation。