Reliable Control-Layer Routing for Microfluidic Biochips via Bayesian Optimization

doi:10.1109/tcad.2026.3727385

Reliable Control-Layer Routing for Microfluidic Biochips via Bayesian Optimization

2026-09-01

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DOI：10.1109/tcad.2026.3727385

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基于流动的微流控生物芯片是自动化生物化学实验的突出平台。主要设计挑战在于控制层，其中微阀通过连接到外部控制器的端口进行气动驱动。这些端口占用面积很大，必须放置在芯片边缘以避免显微观察时受到外部管线的干扰。本文介绍了一种新颖的控制层布线方法，将微阀连接到用户定义的边缘边界。为了支持控制复用，我们开发了一种专用的总线布线方案，将目标为同一边界的微阀捆绑起来，形成一个便于复用器集成的总线。对于其他微阀，我们将它们聚类成组，每组由一个控制端口通过树状布线结构管理，以在最终布线到芯片边界前最小化端口数量。我们正式分析了固有的权衡关系：聚类减少了控制端口数量，但增加了布线拥塞。一种由动态邻近阈值控制的分层聚类算法能够应对这种权衡。此外，一种并行贝叶斯优化（BO）框架通过确定最优布线顺序来增强布线过程。我们还提出了一个面积高效且容错的结构，用于关键控制通道，以提高对堵塞缺陷的可靠性。实验结果表明，我们的方法成功将所有微阀路由到指定的边界，并支持复用器集成。与当前最先进的方法相比，我们的方法显著减少了控制端口使用量，降低了总布线长度，加速了优化过程，并增强了可靠性。

Keyword:

Microfluidic large-scale integration (mLSI)

Physical design

Design for reliability

Bayesian optimization

Reliable Control-Layer Routing for Microfluidic Biochips via Bayesian Optimization

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