大规模集成电路(Very Large Scale Integrated circuit, VLSI)是计算机科学和电子科学的基础和载体。当前,大规模集成电路的半导体制程已经进入32nm工艺,芯片内部集成的运算单元数目在不断增长。随着大规模集成电路的工艺进步及功能、结构的日趋复杂,对于集成电路计算机辅助设计(Computer Aided Design)的要求也越来越高。而电路CAD技术的核心在于各种自动综合和规划布线算法。高层次综合是进行电路功能模块设计和行为描述的重要步骤,是进行芯片进行物理设计的第一步。高层次综合的主要目的在于为电路中的各种操作分配硬件功能单元,实现各种操作的时间调度、功能单元共享和绑定。高层次综合接受系统行为描述,通过一定的算法,将其转换成由功能单元、存储单元、选择器件等组成电路结构。再经过寄存器转移级别转换、区域划分、布图、布线等步骤得到整个电路的完整物理版图。当前工业界高层次综合算法大都是基于元件库里相对于每一种操作只有一种功能单元来实现的情况,并在此基础上为所有需要执行的操作分配功能单元,实现调度和互连。考虑到每种功能单元在晶体管电路级别上可以有多种不同的实现方式,而每种实现方式对应不同的电路面积、延时和能耗。本文提出了利用不同功能单元相组合来完成所需操作,达到优化所需资源数目、降低能耗的目的。由于能耗已成为制约大规模集成电路向前发展的瓶颈,基于多功能单元组合的高层次综合方法将为工业界提供一种新的降低能耗的方法。解决高层次综合问题,即使元件库中只有一种功能单元,其求解复杂度依然是NP-Complete,也就是说无法在有限时间内找到最优解。本文在退火算法的基础上进行超前预估,提出了一种能够处理一种操作对应多种功能单元的优化算法。本文首先利用退火算法实现只有一种功能单元情况下的高层次综合,在此基础上改进扩展状态转移函数,使其能够处理不同功能单元。然后通过对另外一种传统算法的分析和实现,来比较和评估改进后的退火算法的质量。对基准电路的仿真结果表明,所提新算法求解的质量与传统的力导向算法相比,降低能耗17.7%,算法运行时间在合理范围之内。