TSMC N5 (5nm) PDK 安装与 Virtuoso 导入完整指南

背景

TSMC N5（5nm）是台积电的先进 FinFET 工艺节点，其 PDK 体积庞大、文件类型繁多，并且对 Cadence Virtuoso 的版本有明确要求。本文整理一份 N5 PDK 的标准安装与 Virtuoso 导入流程，覆盖从解压、运行 pdkInstall.pl、添加库到 Library Manager 验证的完整步骤，便于 EDA/IT 人员在新机房落地一套先进工艺环境时参照执行。

适用范围：TSMC 5/6/7/12/16/22nm 系列 FinFET PDK 在 Cadence Virtuoso 上的部署。Calibre 平台对应的 DRC/LVS/PEX 配置文件随 PDK 一同分发，本文只涉及在 Virtuoso 端的设计库导入。

1. PDK 文件清单与目录结构

以一个典型的 TSMC N5 iPDK 包为例，正式名称为 TSMC 5 NM CMOS LOGIC FINFET (FF) HKMG 0.75/1.2V PDK（版本号：iPDK_CLN5_v1.2_2p2a_20211227，其中 CLN5 表示 CMOS Logic N5，2p2a 表示对应的 metal stack 选项，发布日期 2021/12/27），解压后的根目录下能看到如下文件：

[root@eda iPDK_CLN5_v1.2_2p2a_20211227_all]# ll
drwxr-xr-x   15 root tsmcadm      4096 Jun  4  2024 .
drwxr-xr-x    5 root tsmcadm      4096 Apr 13  2022 ..
drwxr-xr-x    5 root tsmcadm      4096 Dec 20  2021 Calibre
drwxr-xr-x    4 root tsmcadm      4096 Dec 20  2021 CCI
-rwxr-xr-x    1 root tsmcadm       223 Jan 10  2022 cds.lib
-rwxr-xr-x    1 root tsmcadm    285430 Jun  4  2024 display.drf
-rwxr-xr-x    1 root tsmcadm 122713924 Jan  9  2022 DOC_iPDK_CLN5_v1.2_2p2a_20211227.tar.gz
drwxr-xr-x    3 root tsmcadm      4096 Dec 20  2021 iDeck
-rwxr-xr-x    1 root tsmcadm 952415917 Dec 25  2021 iPDK_CLN5_v1.2_2p2a_20211227.tar.gz
drwxr-xr-x   12 root tsmcadm      4096 Apr 13  2022 iPDK_Patch_CLN5_v1.2_2p2a1_20220311
-rwxr-xr-x    1 root tsmcadm 137547456 Apr 13  2022 iPDK_Patch_CLN5_v1.2_2p2a1_20220311.tar.gz
drwxr-xr-x   10 root tsmcadm      4096 Dec 29  2022 iPDK_Patch_CLN5_v1.2_2p2a2_20221220
-rwxr-xr-x    1 root tsmcadm        96 Dec 20  2021 lib.defs
drwxr-xr-x    8 root tsmcadm      8192 Dec 29  2022 models
drwxr-xr-x    3 root tsmcadm      4096 Dec 23  2021 PDK_doc
-rwxr-xr-x    1 root tsmcadm      6188 Dec 25  2021 pdkInstall.cfg
-rwxr-xr-x    1 root tsmcadm     92150 Dec 24  2021 pdkInstall.pl
-rw-r--r--    1 root tsmcadm        12 Dec 29  2022 prjname.rve
drwxr-xr-x    4 root tsmcadm      4096 Dec 20  2021 QCI
-rwxr-xr-x    1 root tsmcadm     21055 Dec 27  2021 readme
-rwxr-xr-x    1 root tsmcadm      1267 Dec 29  2022 Recommended_tool_version_number.txt
-rwxr-xr-x    1 root tsmcadm     94990 Dec 29  2022 ReleaseNote.txt
-rwxr-xr-x    1 root tsmcadm     17242 Dec 29  2022 REVISION
-rwxr-xr-x    1 root tsmcadm      2203 Dec 29  2022 setup.loc
drwxr-xr-x    5 root tsmcadm      4096 Dec 29  2022 skill
drwxr-xr-x    4 root tsmcadm     53248 Aug 30  2022 Tcl
-rwxr-xr-x    1 root root      1529037 Jun  4  2024 techfile
drwxr-xr-x    5 root tsmcadm      4096 Dec 20  2021 Techfile
drwxr-xr-x 1342 root tsmcadm    274432 Jun  4  2024 tsmcN5

主要内容解读

名称	类型	用途
`pdkInstall.pl`	文件	顶层 Perl 安装脚本，用于按需展开各子模块
`pdkInstall.cfg`	文件	安装脚本读取的组件清单/默认选项
`cds.lib`	文件	安装后的样例 Cadence 库索引，可作为模板复制到工作目录
`lib.defs`	文件	OA 库的层级定义文件（与 `cds.lib` 配合）
`display.drf`	文件	Virtuoso 显示资源文件（颜色、stipple 等）
`techfile`	文件	Virtuoso tech file（与目录 `Techfile/` 区分）
`Techfile/`	目录	安装程序所需的临时文件集合（used for install program）
`tsmcN5/`	目录	PDK 主库（PCell、symbol、layout 等 OA cellview）
`models/`	目录	HSPICE/Spectre 模型 (`.lib`、`.scs`、`.inc`)
`Calibre/`	目录	Calibre DRC/LVS/XRC command files
`CCI/`	目录	Calibre Star-RCXT CCI flow technology files
`QCI/`	目录	Calibre QRC QCI flow technology files
`skill/`	目录	PDK 提供的所有 callback 与实用工具（SKILL）
`Tcl/`	目录	包含 iPDK 所使用的 callback 与实用工具的 Tcl 目录
`iDeck/`	目录	iPDK Deck，存放跨工具兼容性配置
`PDK_doc/`	目录	所有 PDK 文档（使用前务必查阅 ReleaseNote）
`Recommended_tool_version_number.txt`	文件	TSMC 官方推荐的 EDA 工具版本号清单
`ReleaseNote.txt`、`REVISION`、`readme`	文件	PDK 详细信息、版本更新记录、快速指引

关键提示：根目录里同时存在 techfile（小写、文件）和 Techfile（首字母大写、目录）两份。前者是 Virtuoso tech file，后者包含安装程序所需的临时文件。在 Linux 大小写敏感的文件系统上互不冲突，但拷贝到 Windows / 不区分大小写的存储上会冲突——这是先进节点 PDK 在跨平台传输时的一个典型坑，建议始终在 Linux 文件系统上落地。

首要查看的两个文件：

Recommended_tool_version_number.txt —— 在动手安装前先读这一份，确认本地的 Virtuoso、Calibre、StarRC、HSPICE 是否落在 TSMC 推荐版本范围内。

ReleaseNote.txt —— 列出当前版本相对前一版的差异、已知 issue 与 patch 列表。

QCI 与 CCI 目录详解

QCI/ 和 CCI/ 分别对应两套寄生参数提取（RC Extraction）流程，二者内部结构相似但工具链不同，Calibre LVS rule 也各自独立。

QCI
├── online
│   ├── 1P11M_1X1Xb1Xe1Ya1Yb3Y2R
│   ├── 1P12M_1X1Xb1Xe1Ya1Yb2Y2Yy2R
│   ├── 1P12M_1X1Xb1Xe1Ya1Yb4Y2Z
│   ├── 1P13M_1X1Xb1Xe1Ya1Yb5Y2R
│   ├── 1P13M_1X1Xb1Xe1Ya1Yb5Y2Z
│   ├── 1P14M_1X1Xb1Xe1Ya1Yb4Y2Yy2R
│   ├── 1P14M_1X1Xb1Xe1Ya1Yb4Y2Yy2Z
│   ├── 1P15M_1X1Xb1Xe1Ya1Yb5Y2Yy2R
│   ├── 1P15M_1X1Xb1Xe1Ya1Yb5Y2Yy2Z
│   ├── 1P16M_1X1Xb1Xe1Ya1Yb4Y2Yy2Yx2R
│   ├── 1P16M_1X1Xb1Xe1Ya1Yb4Y2Yy4Z
│   ├── 1P16M_1X1Xb1Xe1Ya1Yb6Y2Yy2R
│   ├── 1P17M_1X1Xb1Xe1Ya1Yb5Y2Yy2Yx2R
│   ├── 1P17M_1X1Xb1Xe1Ya1Yb5Y2Yy2Yx2Z
│   └── common_file
└── QCI_decks
    ├── calibre_qci.lvs
    ├── capgen.cmd
    ├── DFM
    │   ├── dfm_device
    │   ├── dfm_nmos_macro_file.encrypt
    │   ├── dfm_pmos_macro_file.encrypt
    │   ├── logic_operation2.encrypt
    │   ├── logic_operation.encrypt
    │   ├── odSpace.encrypt
    │   └── variable_file
    ├── hcell_qci
    ├── icellmap.yaml
    ├── layer_setup
    ├── lpe_confile
    ├── qci_qrc_cmd.ccl
    ├── query.cmd
    └── source.added

CCI
├── CCI_decks
│   ├── calibre_cci.lvs
│   ├── dfii_layer_map.txt
│   ├── DFM
│   │   ├── dfm_device
│   │   ├── dfm_nmos_macro_file.encrypt
│   │   ├── dfm_pmos_macro_file.encrypt
│   │   ├── logic_operation2.encrypt
│   │   ├── logic_operation.encrypt
│   │   ├── odSpace.encrypt
│   │   └── variable_file
│   ├── icellmap.yaml
│   ├── pin_file.txt
│   ├── query_cmd
│   ├── source.added
│   ├── star_cmd
│   ├── starrcxt_mapping
│   └── xcell
├── online
│   ├── 1P11M_1X1Xb1Xe1Ya1Yb3Y2R
│   ├── 1P12M_1X1Xb1Xe1Ya1Yb2Y2Yy2R
│   ├── 1P12M_1X1Xb1Xe1Ya1Yb4Y2Z
│   ├── 1P13M_1X1Xb1Xe1Ya1Yb5Y2R
│   ├── 1P13M_1X1Xb1Xe1Ya1Yb5Y2Z
│   ├── 1P14M_1X1Xb1Xe1Ya1Yb4Y2Yy2R
│   ├── 1P14M_1X1Xb1Xe1Ya1Yb4Y2Yy2Z
│   ├── 1P15M_1X1Xb1Xe1Ya1Yb5Y2Yy2R
│   ├── 1P15M_1X1Xb1Xe1Ya1Yb5Y2Yy2Z
│   ├── 1P16M_1X1Xb1Xe1Ya1Yb4Y2Yy2Yx2R
│   ├── 1P16M_1X1Xb1Xe1Ya1Yb4Y2Yy4Z
│   ├── 1P16M_1X1Xb1Xe1Ya1Yb6Y2Yy2R
│   ├── 1P17M_1X1Xb1Xe1Ya1Yb5Y2Yy2Yx2R
│   ├── 1P17M_1X1Xb1Xe1Ya1Yb5Y2Yy2Yx2Z
│   └── common_file
└── SNPS_SETTING_CCI

两个目录的核心区别如下：

维度	`QCI/`（Calibre QRC QCI）	`CCI/`（Calibre Star-RCXT CCI）
提取工具	Cadence Quantus（QRC）	Synopsys StarRC / Star-RCXT
Calibre LVS rule	`QCI_decks/calibre_qci.lvs`	`CCI_decks/calibre_cci.lvs`
工具命令文件	`qci_qrc_cmd.ccl`、`capgen.cmd`、`query.cmd`	`star_cmd`、`query_cmd`
单元映射	`icellmap.yaml`（QRC 用）	`icellmap.yaml`（StarRC 用）、`starrcxt_mapping`、`xcell`
层定义	`layer_setup`、`lpe_confile`	`dfii_layer_map.txt`
Synopsys 设置	—	`SNPS_SETTING_CCI`（顶层目录，StarRC 专属）
`online/` 子目录	按 metal stack 命名，存放对应的 online 提取文件	同左，metal stack 子目录完全对应
共用文件	`online/common_file`（各 metal stack 共享部分）	同左

online/ 命名规则解读：每个子目录名如 1P11M_1X1Xb1Xe1Ya1Yb3Y2R 描述一种 metal stack 组合，1P = 1 层 poly，11M = 11 层金属，后缀字母组合表示各层金属的方向与类型（X/Y/Z/R 等）。使用时需按设计所采用的 metal stack 选取对应子目录。

重要：QCI_decks/calibre_qci.lvs 与 CCI_decks/calibre_cci.lvs 是两份独立的 Calibre LVS rule deck，分别服务于 QRC 和 StarRC 提取流程，不可互换。在配置 PEX 环境时，务必确认当前流程使用的提取工具，并指向对应 *_decks/ 下的 LVS rule。

2. 执行 `pdkInstall.pl` 安装

TSMC PDK 自带的 pdkInstall.pl 是一个交互式 Perl 脚本，封装了组件选择、目标路径设置与解压等动作。

重要：使用前必须同时解压以下两个 tar.gz 包，缺少任何一个都无法正常使用 PDK：

tar -xzf iPDK_CLN5_v1.2_2p2a_20211227.tar.gz
tar -xzf DOC_iPDK_CLN5_v1.2_2p2a_20211227.tar.gz

基本用法如下：

cd <PDK 解压根目录>
chmod +x pdkInstall.pl
./pdkInstall.pl

脚本启动后会依次询问：

目标安装路径（Target Install Directory）—— 推荐放在共享存储，例如 /eda/pdk/tsmc/N5/<version>，便于多用户访问。
模块选择（Component Selection）—— 包括 Front-End View、Back-End View、Calibre Decks、StarRC Mapping、SPICE Models 等。
工艺选项（Process Option）—— 不同的 metal stack 需要按设计目标勾选。
校验阶段—— 安装结束后脚本会比对文件数量与 checksum，并打印 Installation Completed Successfully 之类的成功信息。

注意：先进节点 PDK 体积大（往往 50–200 GB 起步），建议在 NFS上部署，并保证至少 2× PDK 体积的额外可用空间用于解压和临时文件。

3. 安装完成后的目录验证

pdkInstall.pl 执行成功后，目标安装目录的整体形态应与第 1 节列出的”原始包”基本一致——iPDK 的特点就是大部分文件在分发时已经按工具维度组织好，安装脚本主要做：路径替换、cds.lib 中绝对路径的重写、按所选 metal stack 安装对应工艺文件、以及生成 tsmcN5/ 库的 OA 索引。

关键验收点：

tsmcPdkInstall.log 日志文件会生成。
tsmcN5/ 下应包含 cdsinfo.tag、data.dm 与每个 cell 的子目录（<cell>/<view>/master.tag + 二进制 cellview）。1199 个 entry 的目录大小是正常的（FinFET 节点 PCell + Symbol + Layout 数量本身就很多）。
Calibre/ 子目录下应能看到针对当前 metal stack 的 DRC/LVS/XRC command files。
models/ 下应至少有一份顶层 Spectre .scs，其中通过 include/section 串联起 corner 文件；HSPICE 风格的 .lib 也按 corner 划分好。
Recommended_tool_version_number.txt 与 ReleaseNote.txt 是否随本次安装更新——iPDK 在补丁版（minor patch）中常常只更新部分目录，但这两个文件一定会刷新。

4. 启动 Virtuoso 并打开 Library Path Editor

版本兼容性提醒：TSMC 5/6/7/12/16/22nm 等先进 FinFET 工艺库只能在以下 Virtuoso 版本中正常工作：

ICADVM 20.1（Advanced Node Multi-mode 版本）

IC 23.1

IC 25.1

标准的 IC 6.1.8（IC618）不支持 这些先进节点的 PDK，原因在于 5nm 引入的 Color/Multi-Patterning、FinFET 器件 PCell、以及 Layout XL 高级特性需要 ICADVM 内核才能解析。在 IC618 中尝试打开 N5 库会出现 unknown techfile constructs、PCell evaluation failed 等错误。

启动 Virtuoso 之前先准备一个干净的工作目录（避免与旧 cds.lib 冲突）：

mkdir -p ~/work/n5_demo && cd ~/work/n5_demo
module load cadence/ICADVM201   # 或 IC231 / IC251，按本地 module 命名调整
virtuoso &

Virtuoso 启动后，从 CIW（Command Interpreter Window）顶栏选择：

Tools → Library Path Editor...

即可打开 Library Path Editor，它的本质是一个对当前工作目录下 cds.lib 进行编辑的 GUI。

5. 通过 Library Path Editor 添加 TSMC N5 库

在 Library Path Editor 主界面中：

在已有的库列表区域空白处右键 → 选择 Add Library...，弹出 Add Library 对话框。
在 Library 字段填入要在 cdsLibMgr 中显示的库名（建议与 PDK 提供的库名保持一致，例如 tsmcN5、tsmcN5_io、tsmcN5_sram 等）。
Path 字段通过 Browse 浏览到 PDK 安装目录下的 tsmcN5/ 目录（或对应的 IO/SRAM/Standard Cell 库，例如 library/ 下的子库）。
勾选 Lib Path 区段中需要写入的 cds.lib（默认是当前工作目录下的 ./cds.lib）。

对应到底层 cds.lib 文件，Library Path Editor 实际是在添加这样的一行：

DEFINE tsmcN5  /eda/pdk/tsmc/N5/<version>/tsmcN5

6. 选择库所在路径并完成添加

每一个 PDK 子库（数字标准单元、IO、Memory Compiler 输出、模拟参考库）都需要重复一次第 5 步。常见的 N5 子库包含：

tsmcN5 —— 工艺主库（PCell、Symbol、tech.db）

为减少手工点击，也可以直接编辑 cds.lib：

SOFTINCLUDE $CDS_INST_DIR/share/cdssetup/cds.lib
DEFINE tsmcN5         /eda/pdk/tsmc/N5/<version>/tsmcN5

7. 保存库列表

回到 Library Path Editor，选择菜单 File → Save（或 Save As...）将更改写入磁盘。如果工作目录下没有 cds.lib，系统会自动创建一个；如果已有，则会原地更新。

小技巧：保存前可以先 File → Save As... 备份原有 cds.lib，便于回滚。

保存完成后，可以在 CIW 看到类似下面的提示：

Saved cds.lib at /home/<user>/work/n5_demo/cds.lib

8. 在 Library Manager 中验证

执行 Tools → Library Manager...，进入 Library Manager 界面：

在左侧库列表里应能看到刚添加的 tsmcN5 等库名。
选中 tsmcN5，右侧 Cell View 列表会列出该库提供的器件（如 nch_mac、pch_mac、nch_lvt、pch_lvt、nmos_dum、pmos_dum 等 PCell）。
右键任意 cell，选择 Open → symbol 或 layout 验证是否能正常打开，没有 Cannot read techfile / PCell evaluation failed 等错误提示。
双击器件 layout 视图后，应看到完整的 FinFET 版图、正确的层颜色（依赖 display.drf）和 Color decoration（多重曝光着色）。

如果在 Library Manager 里某个库下面看不到任何 cell，多半是以下原因：

现象	可能原因
库可见但无 cell	`cds.lib` 路径不对 / 缺少 OpenAccess 索引
库可见，cell 可见但打开报 PCell 错	当前 Virtuoso 版本不支持（如误用 IC618）
打开 layout 后颜色全错	`display.drf` 未通过 `tech.db` 关联，或 `.cdsenv` 中 `viewerColors` 设置干扰
`unknown technology library`	没有把 `tsmcN5` 设为 attached tech library

9. 后续配置：Calibre DRC/LVS

PDK 在 Virtuoso 中可见仅是第一步，要完成 DRC/LVS 流程还需要：

在 ~/.cdsinit 中加载 PDK 提供的 Calibre 集成 SKILL（一般是 calibre.skl、mgc_rve.il 等）。

设置环境变量：

export CALIBRE_HOME=/eda/mentor/calibre/<version>
export MGC_HOME=$CALIBRE_HOME
export PATH=$CALIBRE_HOME/bin:$PATH

在 Calibre runset 中指向 PDK 自带的 rule deck（具体子目录以本地解压结果为准）：

*drcRulesFile: /eda/pdk/tsmc/N5/<version>/Calibre/<rule_deck>.drc
*lvsRulesFile: /eda/pdk/tsmc/N5/<version>/Calibre/<rule_deck>.lvs

在 Virtuoso 中通过 Calibre → Run nmDRC / Run nmLVS 调起，确认能识别 PDK 的 svrf rule deck 而无 unknown rule 报错。

10. 经验总结

版本是先进节点 PDK 安装的第一道闸：在动手安装前先确认 Virtuoso 是 ICADVM201 / IC231 / IC251；IC618 在 N5/N7 等节点上几乎不可用。
pdkInstall.pl 不是一次到位：先进节点 PDK 经常会发布 patch（hotfix、ECO PDK），后续也会通过 pdkInstall.pl --update 或单独的 patch 脚本叠加，建议把 PDK 主版本与 patch 版本合并到目录命名中（如 N5/v1p0_p2），避免覆盖原版导致回归困难。
库要分级别 attach：标准单元、IO、SRAM 各自有独立的 attached tech，而工艺主库 tsmcN5 才是 tech.db 的根。建库时务必把这层关系理清楚。
校验落在 Library Manager：能在 Library Manager 里成功打开 layout 并显示正确颜色，是 PDK 安装“能用”的最低门槛；进一步要跑通 DRC/LVS/PEX 才算端到端可用。

参考资料

TSMC Open Innovation Platform® Design Reference Flow & N5 PDK Release Note
Cadence Virtuoso ICADVM 20.1 / IC 23.1 / IC 25.1 Advanced Node Support Matrix
Cadence Virtuoso Library Manager User Guide
Mentor Calibre Verification User’s Manual

TSMC N5 (5nm) PDK 安装与 Virtuoso 导入完整指南

背景

1. PDK 文件清单与目录结构

主要内容解读

QCI 与 CCI 目录详解

2. 执行 `pdkInstall.pl` 安装

3. 安装完成后的目录验证

4. 启动 Virtuoso 并打开 Library Path Editor

5. 通过 Library Path Editor 添加 TSMC N5 库

6. 选择库所在路径并完成添加

7. 保存库列表

8. 在 Library Manager 中验证

9. 后续配置：Calibre DRC/LVS

10. 经验总结

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1. PDK 文件清单与目录结构

主要内容解读

QCI 与 CCI 目录详解

2. 执行 pdkInstall.pl 安装

3. 安装完成后的目录验证

4. 启动 Virtuoso 并打开 Library Path Editor

5. 通过 Library Path Editor 添加 TSMC N5 库

6. 选择库所在路径并完成添加

7. 保存库列表

8. 在 Library Manager 中验证

9. 后续配置：Calibre DRC/LVS

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