放置與布線

放置與布線（英語：Place and route，簡稱PnR或P&R），是印製電路板、集成電路和現場可編程邏輯門陣列設計中的一個階段。顧名思義，它由兩個步驟組成：放置（placement）和布線（routing）。第一步放置是決定在通常受限的空間內把所有電子元件、電子電路和邏輯單元放在哪裡。隨後進行布線，確定連接已放置元件所需的所有導線的精確設計。此步驟必須在滿足製造工藝規則和限制的前提下實現所有所需連接。

放置與布線在幾種場景中被使用：

• 在印製電路板設計中，將電子元件以圖形方式放置在電路板上並繪製它們之間的連線；
• 在集成電路中，從較小子模塊的版圖創建較大模塊或整個電路的集成電路版圖；
• 在現場可編程邏輯門陣列中，將邏輯單元放置並在FPGA的網格上互連。

這些過程在高層次上相似，但具體細節差別很大。由於現代設計規模巨大，這一操作通常由電子設計自動化（EDA）工具來執行。

在所有這些環境中，當放置與布線完成時的最終結果稱為「布局」（或稱「版圖」）（layout），它是對每個部件的位置與旋轉以及連接它們的每條導線的精確路徑的幾何描述。

偶爾有人也把整個放置與布線過程統稱為「版圖」（layout）。

印刷電路板

印刷電路板的設計是在原理圖（schematic）生成並導出網表（netlist）之後進行的。生成的網表隨後被讀入布局工具，並與庫中器件的占板面積（footprints）關聯。此後就可以開始放置和布線工作。^[1]

放置與布線通常分兩步進行：先放置元件，然後布線以連接各元件。在布線階段，元件的放置並非絕對固定，仍可以通過移動和旋轉來改變，尤其是當設計採用像FPGA或微處理器這樣的複雜元件時。它們大量的信號線以及對信號完整性的需求，可能需要對放置進行優化。^[2]

最終的設計通常以RS-274X Gerber格式輸出，以便加載到製造商的計算機輔助製造（CAM）系統中。與IC版圖通常整個成品版圖存儲在一個圖形文件中不同，PCB製造需要多個不同的文件和格式。製造數據由一組Gerber文件、鑽孔文件以及包含器件位置與對準信息的貼裝（pick-and-place）文件組成，這些用於在組裝過程中自動放置器件。^[3]

現場可編程門陣列

FPGA的放置與布線過程通常不是由人工手工完成，而是使用由FPGA廠商或其他軟件廠商提供的工具來執行。需要軟件工具的原因在於FPGA內部電路的複雜性以及設計者希望實現的功能。FPGA設計用包含數字邏輯的邏輯圖以及諸如VHDL、Verilog等硬件描述語言來描述，然後通過自動放置與布線流程生成引腳分配（pinout），以便與FPGA外部的部件接口。^[4]

集成電路

IC的放置與布線階段通常以一個或多個原理圖、硬件描述語言（HDL）文件或預先布線的IP核（或三者的某種組合）開始。該階段產生的IC版圖會被自動轉換為標準的掩膜數據，如GDSII流格式或OASIS格式的掩膜文件。^[5]

歷史

早期的IC和PCB的最終版圖以在透明薄膜上用Rubylith（遮蔽膜）製作的「下線」（tape-out）形式保存。

隨着時間推移，電子設計自動化越來越多地自動化了放置與布線的工作。起初，EDA 只是加速了對許多小改動的處理，而無需耗費大量時間去剝離和粘貼膠帶。後來，設計規則檢查加快了對常見錯誤的檢測過程。隨後自動布線器（autorouters）又加速了布線過程。

有人希望未來自動放置器（autoplacers）和自動布線器的進一步改進可以最終生成無需人工干預的優良布局。進一步的自動化引出了硅編譯器的概念。