版图中GDS2文件格式详解
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什么是GDS2文件？GDS2文件的历史与发展GDS2文件的结构解析GDS2文件的核心元素GDS2 vs. OASIS: 核心差异如何生成与查看GDS2文件？GDS2文件的局限性应用场景总结
什么是GDS2文件？
GDS2（Graphic Data System II）是一种用于集成电路（IC）设计和版图数据的二进制文件格式。它是GDS格式的第二个版本，由Calma公司在20世纪70年代开发，现已成为半导体行业中最广泛使用的版图数据交换标准之一。
GDS2文件主要用于描述芯片的物理布局信息，包括几何图形、层次结构、文本标注等。
GDS2文件的历史与发展
1970年代：GDS格式由Calma公司开发，用于其版图设计系统。1980年代：GDS2成为行业标准，广泛应用于IC设计和制造。2000年代：OASIS格式出现，试图替代GDS2，但GDS2因其成熟性和广泛支持仍占据主导地位。至今：GDS2仍然是半导体行业中最常用的版图数据格式之一。
GDS2文件的结构解析
GDS2文件是一种二进制文件，由一系列记录（Records）组成。每个记录包含以下部分：
记录头：2字节，表示记录类型。记录长度：2字节，表示记录的总长度。记录内容：可变长度，包含具体数据。
主要记录类型
HEADER：文件头，包含版本信息。BGNLIB：库开始标记，包含创建和修改时间。LIBNAME：库名称。UNITS：定义用户单位与数据库单位的比例。STRUCT：结构定义开始。SNAME：结构名称。BOUNDARY：几何图形（多边形）定义。PATH：路径定义。TEXT：文本标注。ENDLIB：库结束标记。 以下为test.gds案例 ，详细解释每个字段含义
hexdump -C test.gds
00000000 00 06 00 02 00 05 |00 1c 01 02 00 7d 00 02 00 06 |...........}....|
00000010 00 0e 00 09 00 2d 00 7d 00 02 00 06 00 0e 00 09 |.....-.}........|
00000020 00 33 |00 08 02 06 74 65 73 74 |00 14 03 05 3e 41 |.3....test....>A|
00000030 89 37 4b c6 a7 f0 39 44 b8 2f a0 9b 5a 54| 00 1c |.7K...9D./..ZT..|
00000040 05 02 00 7d 00 02 00 06 00 0d 00 36 00 00 00 7d |...}.......6...}|
00000050 00 02 00 06 00 0e 00 09 00 2d | 00 08 06 06 74 65 |.........-....te|
00000060 73 74 |00 04 08 00 |00 06 0d 02 00 00 |00 06 0e 02 |st..............|
00000070 00 00 | 00 2c 10 03 ff ff ff b0 ff ff ff c7 00 00 |...,............|
00000080 00 52 ff ff ff c7 00 00 00 52 00 00 00 3a ff ff |.R.......R...:..|
00000090 ff b0 00 00 00 3a ff ff ff b0 ff ff ff c7 |00 04 |.....:..........|
000000a0 11 00 |00 04 07 00| 00 04 04 00 |00 00 00 00 00 00 |................|
000000b0 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |................|
*
00000800
(1)00 06 00 02 00 05:据前两个字节00 06得到此模块共六个字符，根据00 02得知此模块为文件头，00 05为版本号; (2)00 1c 01 02 00 7d 00 02 00 06 00 0e 00 09 00 2d 00 7d 00 02 00 06 00 0e 00 09 00 33 : 前两个字节00 1C得到此模块共28个字节，01 02可知为BGNLIB库文件头，00 7d 00 02 00 06 00 0e 00 09 00 2d和00 7d 00 02 00 06 00 0e 00 09 00 33定义了GDSII文件最后一次修改的时间2025年2月6日14点09分45秒和读取时间2025年2月6日14点33秒. (3)00 08 02 06 74 65 73 74表示LIBNAME，它定义了文件库名，即test (4)00 14 03 05 3e 41 89 37 4b c6 a7 f0 39 44 b8 2f a0 9b 5a 54 20个字节，为UNITS，后面跟了两个8字节的浮点数,UNITS 记录定义了两个浮点数，分别表示 用户单位 和 数据库单位。这两个浮点数用于坐标的缩放和转换。 前 4 字节：00 14 03 05 → 记录头和类型（UNITS）。 后 16 字节：两个 8 字节的浮点数（大端格式）。 (5)00 1c 05 02 00 7d 00 02 00 06 00 0d 00 36 00 00 00 7d 00 02 00 06 00 0e 00 09 00 2d: 05 02 表示BGNSTR模块结构头，后跟2个12字节记录创建时间以及修改时间。后面跟着若干cell即instance。 (6)00 08 06 06 74 65 73 74:STRNAME 模块结构名，cellname名为test; (7) 00 04 08 004个字节，BOUNDARY多边形 (8) 00 06 0d 02 00 00 :6个字节，LAYER层，0层 (9) 00 06 0e 02 00 00: 6个字节，DATATYPE，0 (10) 00 2c 10 03 ff ff ff b0 ff ff ff c7 00 00 00 52 ff ff ff c7 00 00 00 52 00 00 00 3a ff ff ff b0 00 00 00 3a ff ff ff b0 ff ff ff c7 44个字节，XY，5对int32型的XY坐标: 5对有符号整数分别为（-80，-57），（82，-57），（82，58），（-80，58），（-80，-57）； (11) 00 04 11 00 4个字节，结束插入 (12) 00 04 07 00 4个字节，ENDSTR结束模块。 (13) 00 04 04 004个字节，ENDLIB结束库文件。
GDS2文件的核心元素
1. 层次结构（Hierarchy）
GDS2文件支持层次化设计，允许定义和复用结构（STRUCT）。每个结构可以包含几何图形、路径、文本等元素。
2. 几何图形（Geometry）
使用BOUNDARY记录定义多边形，描述版图中的金属层、扩散层等。每个多边形由一系列顶点坐标组成。
3. 路径（Path）
使用PATH记录定义线宽和路径形状，常用于描述导线。
4. 文本标注（Text）
使用TEXT记录添加文本信息，如标签、注释等。
5. 单位定义（Units）
使用UNITS记录定义用户单位与数据库单位的比例，确保数据的精确性。
GDS2 vs. OASIS: 核心差异
特性GDS2OASIS文件格式二进制二进制文件体积较大较小（压缩率更高）兼容性广泛支持较新，支持较少层次结构支持支持扩展性有限更强（支持更多数据类型）
如何生成与查看GDS2文件？
生成GDS2文件
EDA工具导出
使用Cadence Virtuoso、Synopsys IC Compiler等工具导出GDS2文件。示例：在Cadence Virtuoso中，选择File > Export > Stream，设置输出格式为GDSII。 脚本生成
使用Python库（如gdspy）编写脚本生成GDS2文件。
查看GDS2文件
专用查看器
使用KLayout、GDSII Viewer等工具查看GDS2文件。 EDA工具导入
将GDS2文件导入EDA工具（如Cadence Virtuoso）进行查看和编辑。
GDS2文件的局限性
文件体积较大
GDS2文件是二进制格式，且未压缩，导致文件体积较大。 功能有限
不支持现代设计中的一些高级特性（如参数化单元）。 版本老旧
GDS2格式自1980年代以来未进行重大更新，逐渐被OASIS取代。
应用场景
IC设计与制造
GDS2文件用于描述芯片的物理布局，是流片（Tape-out）的关键数据。 版图验证
使用DRC（设计规则检查）和LVS（版图与电路图一致性检查）工具验证GDS2文件。 IP核交换
GDS2文件常用于IP核（Intellectual Property Core）的交付。
总结
GDS2文件作为半导体行业中最经典的版图数据格式，至今仍在IC设计和制造中发挥着重要作用。尽管其存在文件体积大、功能有限等局限性，但其广泛的兼容性和成熟性使其难以被完全取代。对于IC设计工程师而言，掌握GDS2文件的结构和使用方法是必备技能。
参考资料
GDSII Format SpecificationKLayout GDSII ViewerCadence Virtuoso User GuideOASIS vs. GDSII Comparison