Weave: Verified Netlist-to-Schematic Conversion via Layered Graph Layout

Technische Samenvatting: Weave – Geverifieerde Netlijst-naar-Schema Conversie via Gelaagde Grafische Lay-out

Probleemstelling
In Electronic Design Automation (EDA) dient de SPICE-netlijst als de standaardtaal voor circuitsimulatie, maar het is niet het primaire medium voor menselijke engineering-redenering. Ontwerpers vertrouwen op schema's om structuren te begrijpen, signaalstromen te volgen en gedrag te debuggen. Nu machinelearning-methoden steeds vaker circuits direct als netlijsten genereren, ontstaat er een bottleneck: het converteren van deze door machines geproduceerde netlijsten terug naar leesbare, nauwkeurige diagrammen. Bestaande leergebaseerde benaderingen (bijv. Schemato) vertalen netlijsten naar schema's op basis van waarschijnlijkheid. Deze methoden lijden echter onder twee kritieke beperkingen: hun nauwkeurigheid neemt scherp af naarmate de circuitcomplexiteit toeneemt (specifiek boven de vijf componenten), en ze bieden geen garantie op correctheid, omdat ze vertrouwen op continue gelijkenisscores (zoals Graph Edit Distance) in plaats van binaire verificatie van connectiviteit.

Methodologie
Weave pakt deze problemen aan via een deterministische, verificatie-eerst pijplijn die SPICE-netlijsten converteert naar LTspice .asc schema-bestanden. Het proces bestaat uit de volgende fasen:

1. Parsing en Net-classificatie: Het systeem parseert standaard SPICE-elementen (passieve componenten, actieve componenten, subcircuits, etc.). Nets worden geclassificeerd als ground (massa), supply rails (voedingsrails) of signal (signalen). Ground- en rail-nets worden behandeld als vlaggen (lokale verbindingen) in plaats van getekende draden om de leesbaarheid te behouden, terwijl alleen signaal-nets de lay-outgrafiek ingaan.
2. Gelaagde Lay-out: Signaalcomponenten worden gemapt naar knopen in een graaf die wordt verwerkt door elkjs, een implementatie van het Sugiyama-framework. Deze engine voert een links-naar-rechts gelaagde lay-out uit met orthogonale routering. Grootte van knopen houdt rekening met symboollichamen en pin-escapes, waarbij gesprongen wordt naar het 16-eenheden raster van LTspice.
3. Plaatsingspatronen: Specifieke structuren die de hoofdsignaalketen degraderen (bijv. lokale/verre feedbackloops, divider-benen, shunts, supply-hoeken) worden afgehandeld via expliciete plaatsingspatronen in plaats van de algemene grafiek. Deze patronen plaatsen elementen relatief aan bestaande knopen en genereren directe, met net-tags voorzien verbindingen.
4. Symboolafhandeling: Weave bevat een pin-tabel voor 5.093 LTspice-symbolen. Als een netlijst verwijst naar een onderdeel met een mismatch in het aantal pins of een onbekend onderdeel, vervangt het systeem dit door een synthetisch rechthoekig blok met de juiste grootte voor het aantal pins. Hoewel de glyph generiek is, blijven de connectiviteit en de naam exact, wat ervoor zorgt dat het schema compileert en de verificatie doorstaat.
5. Round-Trip Verificatie: Dit is de kern van de claim van het systeem wat betreft correctheid. Elk gegenereerd .asc-bestand wordt opnieuw geparst naar een netlijst. De connectiviteits-partities van deze geregenereerde netlijst worden net-voor-net vergeleken met de oorspronkelijke input. Een resultaat wordt als correct gerapporteerd alleen als de partities identiek zijn.
6. Safe-Mode Ladder: Als de standaard lay-out de verificatie niet doorstaat, probeert Weave iteratief opnieuw met progressief eenvoudigere modi (het uitschakelen van plaatsingspatronen, terugvallen op een pure elkjs lay-out, of het verbreden van kanaalafstand). Het behoudt het eerste resultaat dat de verifieerder passeert, waardoor gegarandeerd wordt dat elke gerapporteerde output connectiviteits-perfect is, zelfs als deze visueel minder compact is.

Belangrijkste Bijdragen
Het artikel presenteert drie primaire bijdragen:

1. Een Deterministische, Verificatie-Eerst Pijplijn: In tegenstelling tot leergebaseerde methoden, herleeft Weave de klassieke gelaagde-flow lay-out benadering met behulp van een moderne industriële grafische engine (elkjs) gecombineerd met specifieke plaatsingspatronen. Het vereist geen training, geen GPU en geen probabilistische sampling.
2. Round-Trip Connectiviteitsverificatie: Het systeem biedt een binair correctheidscertificaat. In plaats van een gelijkenisscore, garandeert het dat de gegenereerde schema de oorspronkelijke connectiviteit exact behoudt (gelijk aan een Graph Edit Distance van 1.0). Naar weten van de auteurs is er geen eerdere netlijst-naar-schema methode die de connectiviteit op deze wijze certificeert.
3. Een Safe-Mode Ladder: Dit mechanisme zorgt ervoor dat het systeem nooit een "foutief" schema produceert. Als een complexe lay-out de verificatie niet doorstaat, degradeert het systeem elegant naar eenvoudigere lay-outs totdat een geverifieerde match is gevonden.

Resultaten
De auteurs evalueerden Weave op twee datasets:

• Circuits-LTSpice Benchmark: Op de identieke 117-circuit testset gebruikt door de state-of-the-art LLM-converter Schemato, bereikte Weave 100% compilatie en 100% round-trip-geverifieerde connectiviteitsequivalentie. In contrast hiermee rapporteerde Schemato 76% compilatie en een Graph Edit Distance gelijkenis van 0.35. Opvallend genoeg overschreed 73% van de circuits in deze set de vijf-componenten drempel waarbij Schemato naar verluidt de nauwkeurigheid van de connectiviteit verliest.
• Grote Corpus (Analog Devices LTspice Demo Collection): Op een grotere, dichtere corpus van 3.460 netlijstbare circuits (gemiddeld 14,4 elementen, max 138), verifieerde Weave de exacte connectiviteit voor 88,4% van de circuits. De resterende fouten waren geconcentreerd in een specifieke klasse van dichte multi-pin vermogensmodules, en conversiefouten waren primair toe te schrijven aan symbolen die afwezig waren in de geïnstalleerde bibliotheek (onderdelen nieuwer dan de gebruikte LTspice versie).

Betekenis en Claims
Het artikel betoogt dat voor een converter bruikbaar te zijn in een engineering workflow, de correctheid van de connectiviteit gegarandeerd moet zijn door constructie en verificatie, in plaats van benaderd en gescoord. De auteurs positioneren Weave niet als een concurrent in esthetische optimalisatie (waar leergebaseerde methoden de nadruk op leggen), maar als een "sterkere primitief" die ervoor zorgt dat het schema juist is voordat het mooi wordt gemaakt.

De significantie ligt in de verschuiving van het paradigma van probabilistische generatie met gelijkenis-metrieken naar deterministische constructie met binaire verificatie. De auteurs stellen dat terwijl leergebaseerde modellen worstelen met schaal en datatekort, Weave deze problemen omzeilt door een deterministische symbolentabel en een generiek-blok fallback. Het artikel concludeert dat "correctheid door constructie met verificatie" zowel haalbaar als besluitend sterker is dan geleerde benadering voor netlijst-naar-schema conversie, wat een betrouwbare tool biedt voor de integratie van domeinexperts in geautomatiseerde design-loops. Toekomstig werk wordt geïdentificeerd als het adresseren van dichte multi-pin modules en diepe cascade-topologieën door middel van box-contract layouts en hiërarchische generatie.