Целью данного этапа проектирования является создание из исходного описания всего проекта или его отдельных блоков на уровне регистровых передач на языках Verilog и/или VHDL списка цепей в базисе библиотечных элементов производителя и физического прототипа проекта/блоков. Место данного этапа в общем маршруте проектирования систем на кристалле показано на рис. 1.

Описание проекта на уровне регистровых передач на языках Verilog или VHDL в целом технологически независимо, хотя до разработки RTL-кода необходимо принимать во внимание последующую реализацию, если речь идёт о проектировании системы на кристалле. Поэтому логический синтез является ключевым и универсальным инструментом при проектировании цифровых систем и их реализации в виде ПЛИС, физических прототипов как на основе ПЛИС (макетов), так и виртуальных прототипов кристаллов. Здесь прототипы играют разную роль — в то время, как макеты на основе ПЛИС используются для функциональной верификации, виртуальный физический прототип используется для определения всех параметров топологической реализации кристалла.

Независимость от конкретного производителя ПЛИС и возможность повторного использования спроектированных модулей в любом элементном базисе является ключевым моментом при разработке IP-блоков.

При проектировании систем на кристаллах, ASIC или отдельных блоков (IP) для их финальной верификации в маршруте проектирования применяется их макетирование (эмуляция). Это связано с невозможностью промоделировать проекты такого объёма за приемлемое время и, особенно для проектов в области телекоммуникаций, мультимедиа и др., необходимостью верификации проектов в реальной среде с огромными потоками обрабатываемой информации. При этом для макетирования одной ASIC может потребоваться от одной до нескольких десятков ПЛИС, в зависимости от сложности проекта. Кроме того, для прототипирования ASIC существует ряд готовых печатных плат, которые позволяют не только построить макет ASIC, но и провести комплексную отладку и верификацию макета в составе вычислительного комплекса с использованием традиционных систем логического моделирования. Основное отличие системы синтеза для физического прототипа от системы синтеза ПЛИС заключается в возможности разбиения проекта на необходимое для реализации проекта количество ПЛИС без внесения изменений в исходное описание проекта и сохранения целостности его функциональных и временных характеристик.

Дополнительные модули физического синтеза позволяют учесть физические особенности реализации, а именно физические ограничения по проекту, наряду с временными ограничениями, и синтезируют план кристалла, содержащий физическую информацию. Например, при синтезе ASIC, модели нагрузок (WLM) на технологиях ниже 0,18 микрон дают неудовлетворительные результаты. Применение физического синтеза позволяет синтезировать логическую схему, соответствующую физической реализации, используя вместо WLM модели нагрузок, рассчитанные исходя из физической информации о размещении элементов.

Физический виртуальный прототип является представлением проекта системы на кристалле, ASIC или отдельного блока, которое доступно до финальной топологии и содержит достаточную физическую информацию, чтобы точно предопределить все параметры, такие как временные характеристики, занимаемую площадь, потребляемую мощность и другие.

Физический прототип должен быть достаточно точным, чтобы он мог быть передан на проектирование топологии в полной уверенности, что конечная реализация будет отвечать всем проектным требованиям.

Задача построения физического прототипа, который может быть использован для проектирования всего кристалла или его отдельных блоков, является комбинацией задач оптимизации (включая логическую оптимизацию), глобальной топологической реализации (глобального размещения и трассировки, разводки шин питания и синтеза цепей синхронизации) и анализа. Далее физический прототип передаётся на физическую реализацию, где выполняются наиболее длительные по времени выполнения процедуры синтеза физической топологии и её верификации.

Основной задачей проектирования физического прототипа является решение всех проблем, которые могут возникнуть при проектировании топологии перед тем, как оно будет начато, и передача его на финальную реализацию.

Проектирование физического прототипа может использоваться совместно с архитектурным планированием для проверки проектных требований и ограничений. При этом будут определены любые проектные требования, которые невозможно реализовать, и информация будет передана назад для внесения изменений в план кристалла. Затем будет сделана логическая оптимизация, глобальные размещение и трассировка, разводка шин питания и цепей синхронизации и анализ проекта.

Таким образом, результатом будет являться гораздо более точное представление блоков, чем было доступно ранее. Эта информация передаётся назад планировщику, так что архитектурный план кристалла будет инкрементно обновляться, и соответственно уточняться требования к другим блокам.

Этап проектирования физической топологии ИС заключается в получении описания топологии в формате GDSII для передачи его на производство из исходного списка цепей.

Традиционный подход к задаче физического проектирования топологии ИС состоит из целого ряда последовательных операций (состав которых определяется используемой технологией, в зависимости от тех физических эффектов, которые необходимо учитывать при проектировании) со множеством итераций, поскольку по результатам проектирования на каждом этапе необходимо бывает вносить изменения и проводить перепроектирование на предыдущих стадиях, и, кроме того, требует детальных знаний технологии и опыта проектирования.