连续微流控生物芯片下基于序列对的流层物理设计算法

针对流层物理设计的2个阶段,即组件布局与布线通常被分开考虑,忽略了它们之间的交互作用,从而导致设计质量以及生物芯片执行效率下降的问题,提出一种有效的连续微流控生物芯片下基于序列对的流层物理设计算法.首先基于可以快速对布局方案进行枚举和计算的序列对表示方法,通过具有更高求解效率的离散粒子群优化算法得到组件布局解,进一步提高布局解的质量;然后在布线阶段将组件对之间的曼哈顿距离作为布线顺序的考虑依据,并通过基于协商布线算法进行布线,有效地减少流通道交叉点数量;最后考虑布局和布线的交互作用,根据布线的反馈信息进行针对流通道交叉点区域的布局调整,从而衔接组件布局与流通道布线阶段.采用实际生化应用反应与合成的基准测试集,复现基于模拟退火布局和协商布线的流层物理设计算法作为对比算法进行实验,结果表明,所提算法的流通道交叉点数量优化了74.94%,芯片面积优化了5.04%,流通道总长度优化了16.88%,得到高质量流层物理设计方案.

连续微流控生物芯片下一种多阶段启发式的流层物理协同设计算法

为了提高连续微流控生物芯片(CFMBs)中的流层物理协同设计质量和效率,该文分3阶段实现布局布线协同设计。(1)布局预处理阶段:通过提出的逻辑布局和组件方向布局调整方法,得到组件优异的逻辑位置和逻辑方向。(2)组件映射和包围盒间隙布局调整阶段:基于包围盒策略,把布局预处理结果映射到实际物理设计空间中,并通过包围盒间隙布局调整,获得最佳包围盒间隙。(3)收缩布局调整阶段:基于组件间的连通图关系,提出了沿流通道收缩和多图收缩两种新的布局调整方法。实验结果表明,与现有最佳的启发式算法对比,该文算法在芯片流层整体面积、流通道交叉点数和流通道总长度上分别优化20.22%,54.66%和71.62%,加速比为177.12,显著提升了设计质量和效率。

考虑流端口数量约束下的连续微流控生物芯片流路径规划算法

连续微流控生物芯片通常需要构建复杂交错的流路径来支持样本/试剂的运输,也需要大量的流端口来推动液体的有序流动,这阻碍了生物芯片的进一步发展。因此,该文考虑了有限流端口驱动下的流路径规划问题,并提出一个流路径驱动下的连续微流控生物芯片的架构综合设计流程。首先采用基于列表调度算法实现操作的绑定与调度,通过时间窗对调度进行调整,从而满足给定的流端口数量约束;然后采用基于序列对表示的遗传算法求得芯片的布局设计,通过考虑并行任务之间的冲突以及组件之间的连接关系,进一步优化了布局解的质量;最后采用基于A^(*)寻路的优化布线算法规划所需的流路径,以有效减少流通道总长度和交叉点数量,生成具有高执行效率的芯片架构。实验结果表明,该方法在严格满足给定的流端口数量约束条件下,极大地避免了各种液体运输任务的冲突,同时也优化了流通道的总长度以及交叉点的数量,降低了芯片的构造成本。