從事芯片行業的朋友對于GDS(Graphic Data System，圖形數據系統)應該不會感到陌生，在半導體設計的多個階段GDS都有著廣泛的應用，比如電路設計、版圖設計和制造工藝等環節。

1. GDS以及GDS merge操作

GDS是一種用于描述和存儲半導體芯片的版圖信息的二進制文件格式，其包含了設計中的各種幾何形狀、層級結構、電路器件和連線信息等。 

不同的應用場景下，GDS的應用方式也有所區別，例如，在晶圓廠(Fab)提供的標準單元庫中，每一個標準單元(standard cell)都可以被單獨存儲為一個GDS文件，這便于多人分工合作，分別繪制不同的標準單元，并進行物理驗證以確保每個單元的準確性。而在設計公司(Fabless)中，一個完整芯片的GDS文件通常非常龐大且復雜，為了高效地完成這一大型工程，設計過程往往采用類似流水線的方式，將整個芯片的GDS文件拆分若干個獨立的部分，每個部分由不同的團隊或個人負責完成，最終再通過“合并” (即merge)操作，將所有部分整合成一個可以用于流片的完整GDS文件。

2. GDS merge的場景

GDS merge操作是在特定的設計環境中進行的，通常針對的是幾種特定類型的對象，主要包括：

(1) 芯片設計中包含第三方IP：如果芯片設計中使用了第三方提供的IP，為了確保IP與自定義設計的兼容性和一致性，需要在流片前進行GDS merge。這是因為IP vendor可能會要求到晶圓廠進行merge，以確保IP與主設計準確集成；

(2) 模擬電路和數字電路的合并：在SoC (系統級芯片) 設計中，模擬電路和數字電路通常分別設計，并生成各自的GDS文件。在最終將它們合并為一個完整的SoC芯片版圖時，需要進行GDS merge；

(3) Fab提供的IP：在某些情況下，工藝廠會提供特定的IP，這些IP需要在工藝廠進行merge，以確保與工藝庫的兼容性；

(4) Dummy fill，在實際設計過程中，我們通常會遇到設計chip GDS和dummy GDS進行merge的操作，主要目的是為了避免芯片設計中出現大面積的空白區域，通過填充一些dummy結構，可以保持芯片密度的均勻性，從而確保制造的一致性和可靠性。

3. GDS merge操作方式

在進行GDS merge時，通常需要使用專門的EDA(電子設計自動化) 工具，主要工具包括ICC2、Innovus、Virtuoso、calibredrv、Skipper等。這些工具可以將生成的GDS文件進行拼接和整合，常用的實現方式包括EDA工具的GUI和命令行兩種。考慮到GDS merge的靈活性和實用性，以下主要介紹calibredrv中的merge命令，操作語法如下所示：

(1) 進行少數幾個GDS的merge操作，可以在命令行輸入以下指令：

# terminal input

calibredrv -shell

layout filemerge -in A.gds -in B.gds -out merge_output.gds -createtop topcell_name -mode rename

以上是對A和B兩個GDS進行merge的操作，其中：

-in：是指定輸入GDS (A.gds和B.gds)；

-out：是指定輸出GDS (merge_output.gds)；

-createtop：是為輸出GDS創建名為topcell_name的topcell，如果不創建新的topcell就會面臨出現兩個topcell的風險，這種hierarchy結構看上去比較混亂；

-mode：是cell的命名模式，包括rename、overwrite、append、forcerename和reportconflictsonly五種模式，是為了避免具有相同名字的cell出現而進行的操作，通常可選擇rename模式。

(2) 進行大量GDS的merge操作

# terminal input

calibredrv -a layout filemerge -in A.gds -indir gds_dir/ -out merge_output.gds

對于數量較多的GDS進行merge操作，比如大量的standard cell需要merge到topcell里，就可以將standard cell放在一個文件夾下，然后進行以上操作，這里：

-indir：指定了存放GDS的路徑。

(3) GDS merge代碼實現

當需要進行大量的GDS merge操作時，上述介紹的GUI和命令行方法的效率可能無法滿足快速設計迭代的需求。此時，通過編寫代碼腳本來實現批量處理不僅能顯著提高效率，還能確保操作的準確性。在實際項目中，這種方式更為常見。

GDS merge在芯片設計流程中的重要性不言而喻，通過在設計初期將模塊化研發的成果進行GDS merge，可以及早發現并解決不同設計之間的兼容性和匹配問題，避免因后期修改而導致的成本增加。高效的GDS merge流程不僅能夠縮短從設計到生產的時間周期，還能加速新產品的市場投放，從而實現芯片的高效研發和設計。