随着半导体工艺进入深亚微米时代，芯片的复杂度越来越高，给IC设计者带来极大的挑战。本文介绍了曙光5000A高效能计算机互连网络的交换芯片——D5K-Switch ASIC芯片的物理设计和优化。该ASIC芯片采用0.18um/6M CMOS工艺，集成了2000万个晶体管、48个RAM宏单元、一个PLL宏单元，具有17个156.25MHz异步时钟域，芯片面积为12.39mm*12.39mm，采用1053管脚倒装封装。除正常工作模式外，它还包含三个测试模式。各模式需要的时钟注入方式不同、频率不同、时序要求不同，大大增加了时序收敛难度。此外，该芯片具有I/O数目多的特点，这不仅增大了芯片的面积，进而导致电压降恶化、天线效应风险上升，而且大量I/O同时同向翻转还会引起同步开关噪声，使得芯片发生逻辑错误的风险大大增加。本文在对多模式、I/O密集型ASIC物理设计方法进行细致分析的基础上，实现了一款四种工作模式、I/O密集型D5K-Switch ASIC芯片的物理设计并进行了流片。主要研究内容及结果如下：　　 ⑴研究了芯片时序收敛的两个关键问题——合理完备的多模式时序约束的制定和偏差小、串扰小的时钟树的建立，通过对三种时序收敛方法进行实验对比得出结论：在多模式芯片的ASIC物理设计中，单模式与多模式结合是兼顾物理设计耗费时间与设计复杂度的时序收敛方法。　　 ⑵对芯片I/O密集引起的电压降恶化、天线效应风险上升、同步开关噪声问题进行了分析，给出了可行的解决方法。　　 ⑶从功耗和面积两方面研究了ASIC芯片的优化方法及其对交换芯片的适用程度。　　 ⑷将以上研究应用到D5K-Switch ASIC芯片的物理设计中，实现了在四种工作模式下的时序收敛，妥善解决了由I/O密集引起的问题，流片后对设计分别进行了功耗优化和面积优化，使其功耗降低为原来的76.2％，面积缩小到原来的65％。