利用MCMM技術(shù)解決時(shí)序難以收斂的問題以及降低了芯片設(shè)計(jì)周期設(shè)計(jì)

如今的集成電路（Integrated Circuit，IC）設(shè)計(jì)往往要求芯片包含多個(gè)工作模式，并且在不同工藝角（corner）下能正常工作。工藝角和工作模式的增加，無疑使時(shí)序收斂面臨極大挑戰(zhàn)。本文介紹了一種在多工藝角多工作模式下快速實(shí)現(xiàn)時(shí)序收斂的技術(shù)---MCMM（Multicorner-Multimode）技術(shù)，該技術(shù)將工藝角和模式進(jìn)行組合，對(duì)時(shí)序同時(shí)進(jìn)行分析和優(yōu)化，到達(dá)快速實(shí)現(xiàn)時(shí)序收斂的目的。該技術(shù)應(yīng)用于一個(gè)80萬門基于TSMC 0.152μm logic 工藝的電力網(wǎng)載波通信（PLC）芯片設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)實(shí)例表明，利用MCMM 技術(shù)不但可以解決時(shí)序難以收斂的問題，而且大大降低了芯片設(shè)計(jì)周期。

1 引言

隨著集成電路工藝的不斷發(fā)展，芯片受工藝、電壓、溫度（Process、Voltage、Temperature，PVT）的影響越來越嚴(yán)重，需要使用更多的工藝角來保證芯片在不同條件下能穩(wěn)定工作；與此同時(shí)，隨著芯片測(cè)試需求的增加和功能的增強(qiáng)，芯片的工作模式也在不斷增加，這給芯片版圖設(shè)計(jì)者帶來了一系列的困難，其中最困難的當(dāng)然是如何快速實(shí)現(xiàn)時(shí)序收斂，縮短設(shè)計(jì)周期。設(shè)計(jì)者必須保證芯片在相同工作模式不同工藝角下的時(shí)序收斂，當(dāng)工藝角和工作模式數(shù)量多的時(shí)候，使用傳統(tǒng)的方法來實(shí)現(xiàn)時(shí)序收斂絕非一件易事，需要大量的人工工作進(jìn)行大量反復(fù)迭代，分析并消除模式之間的影響，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)時(shí)序難以收斂的情況。我們實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的PLC 芯片，正是采用了Synopsis 公司IC Compiler 軟件的MCMM 設(shè)計(jì)技術(shù)，完全放棄了傳統(tǒng)的時(shí)序收斂方法，有效加速了實(shí)現(xiàn)時(shí)序收斂，縮短了設(shè)計(jì)周期。

2 傳統(tǒng)的時(shí)序收斂實(shí)現(xiàn)方法

在傳統(tǒng)的時(shí)序收斂和分析方法下，版圖設(shè)計(jì)工程師需要在不同的工作模式之間來回切換設(shè)計(jì)約束進(jìn)行分析優(yōu)化，以滿足同一時(shí)序路徑在不同模式下的時(shí)序要求，如圖1所示。

從圖1中可以看出，這種方法的缺點(diǎn)是版圖工具無法同時(shí)覆蓋到所有模式下的時(shí)序，必須以串行的方法來修復(fù)各個(gè)模式的時(shí)序，還必須保證修復(fù)過程中模式之間沒有影響，這無疑增加了各個(gè)模式之間的切換迭代次數(shù)和人工手動(dòng)ECO 的時(shí)間。如果芯片的工藝角和模式越多，切換迭代次數(shù)就越多，工作量會(huì)大到讓設(shè)計(jì)者難以接受的地步。

3 基于MCMM 技術(shù)

快速時(shí)序收斂實(shí)現(xiàn)方法MCMM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)序收斂的基本思想是，工藝角和模式組成場(chǎng)景（scenario），版圖設(shè)計(jì)軟件IC Compiler"吃進(jìn)"所有scenario 的時(shí)序約束，激活關(guān)鍵的scenario，讓軟件自行評(píng)估和優(yōu)化。同一條違例時(shí)序路徑可能出現(xiàn)在不同的scenario中，評(píng)估這條違例路徑在不同scenario中的時(shí)序裕量大小，例如一條路徑在scenario1 中的裕量為-1，在scenario2中的裕量為-0.2，則認(rèn)為其在scenario1中的權(quán)重更高，在權(quán)重最高的scenario1 中進(jìn)行修復(fù)。具體流程如圖2所示。

很明顯，與傳統(tǒng)方法相比，MCMM 技術(shù)將時(shí)序收斂的處理變以往的"串行"為"并行"，并且模式之間的影響完全交給版圖軟件來分析，省去了人工手動(dòng)ECO的工作，從而大大減少了時(shí)序收斂的迭代次數(shù)和設(shè)計(jì)時(shí)間。

4 應(yīng)用舉例

以實(shí)驗(yàn)室一款PLC芯片為例，具體介紹如何使用MCMM技術(shù)來加速時(shí)序收斂。

4.2 基于MCMM 的時(shí)序收斂實(shí)現(xiàn)

在同時(shí)激活10 個(gè)scenario 的情況下，會(huì)出現(xiàn)服務(wù)器內(nèi)存溢出，死機(jī)等狀況，導(dǎo)致設(shè)計(jì)無法順利進(jìn)行。我們對(duì)這10 個(gè)scenario 進(jìn)行了分析，其中MBIST_MAX,SHIFT_MAX,CAPTURE_MAX,MISSION 60_MAX 這4 個(gè)scenario 中，時(shí)鐘頻率最大的是MISSION60_MAX 中的60MHz，其余三個(gè)scenario 時(shí)鐘頻率只有10MHz，建立時(shí)間裕量都在9.9ns 以上，即使在修復(fù)過程中不激活，修復(fù)其它scenario 時(shí)帶來的影響在承受范圍之內(nèi)，也不會(huì)對(duì)后續(xù)的繞線產(chǎn)生影響；在MISSION90_MAX 這個(gè)scenario中，時(shí)鐘頻率是90MHz，建立時(shí)間雖然沒有違例，但是留下的裕量只有0.84ns，不足以抵擋修復(fù)其它scenario時(shí)帶來的影響；剩下的5 個(gè)scenario 中，都有保持時(shí)間違例，必須進(jìn)行修復(fù)。基于以上分析，我們選擇同

時(shí)激活MISSION90_MAX, MISSION_MIN, MISSION 60_MIN, MBIST_MIN, SHIFT_MIN, CAPTURE_MIN這6個(gè)關(guān)鍵scenario 進(jìn)行時(shí)序收斂，具體腳本如下：set_active_scenarios {MISSION90_MAX MISSION90_MIN MISSION60_MIN MBIST_MIN SHIFT_MIN CAPTURE_MIN}（激活關(guān)鍵scenario）foreach scenario [all_active_scenarios] {

current_scenario scenario set_clock_uncertainty -hold 0.2 [all_clocks]set_clock_uncertainty -setup 0.6 [all_clocks] set_prefer -min{tcb0152gbwp7twc/DEL015BWP7Ttcb0152gbwp7twc/DEL02BWP7T}set_fix_hold_options -preferred_buffer set_fix_hold [all_clocks]}（設(shè)定每個(gè)關(guān)鍵scenario 的時(shí)序裕量，用指定的std cell 來修復(fù)hold timing）update_clock_latency（更新clock 延遲）psynopt（進(jìn)行時(shí)序修復(fù)）

4.3 結(jié)果分析

經(jīng)以上操作，6個(gè)scenario 的時(shí)序路徑同時(shí)經(jīng)過優(yōu)化之后，結(jié)果如表2 所示。

表2中結(jié)果表明，幾乎所有模式都已經(jīng)滿足了時(shí)序要求， 只有MISSION90_MAX 的scenario有setup 時(shí)序的違例，為了修復(fù)該違例，只需激活該scenario，重新一次“psynopt”就可以到達(dá)時(shí)序要求。

我們也嘗試用傳統(tǒng)方法來修復(fù)該芯片的時(shí)序，由于模式數(shù)量多，導(dǎo)致模式間來回切換次數(shù)多于20次，加上模式之間時(shí)序干擾嚴(yán)重，人工參與分析工作量很大，時(shí)序收斂所需要的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于用MCMM技術(shù)所花的時(shí)間，MCMM 技術(shù)優(yōu)勢(shì)非常明顯，具體結(jié)果如表3所示。

5 結(jié)語和展望

本文介紹了IC Compiler 的MCMM 同步優(yōu)化技術(shù)，用一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例闡述該技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)過程，結(jié)果顯示大大節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間，也為版圖設(shè)計(jì)工程師解決了人工分析干預(yù)的難題，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。在設(shè)計(jì)過程中我們從CTS 階段后才開始采用MCMM 技術(shù)來達(dá)到芯片時(shí)序收斂的目的，在今后更復(fù)雜，要求更高的設(shè)計(jì)中，把MCMM 技術(shù)應(yīng)用到一些關(guān)鍵步驟中，比如邏輯綜合和place 等，并且綜合考慮芯片功耗問題。

4.1 scenario 的定義

該芯片有2 種正常工作模式，時(shí)鐘頻率分別是90Mhz和60Mhz，3種DFT 測(cè)試模式，分別是shift模式，capture 模式和mbist 模式，需要工作在兩個(gè)工藝角下，WCCOM 和BCCOM，也就是5種模式2個(gè)工藝角組成了10 個(gè)scenario，每個(gè)scenario 指定對(duì)應(yīng)的寄生模型（TLU+ 文件），worst 和best，如表1所示。在WCCOM工藝角下檢查建立時(shí)間（setup time），在BCCOM 工藝角下檢查保持時(shí)間（hold time）。

定義scenario 的具體腳本如下：

create_scenario MISSION90_MAX （建立一個(gè)名叫MISSION90_MAXX 的scenario）set_operating_conditions \

-analysis_typeon_chip_variation \-max_library tcb0152gbwp7twc \-max WCCOM（指定時(shí)序分析類型和對(duì)應(yīng)corner下的lib 庫(kù)）set_tlu_plus_files \-max_tluplus ./test/cl0152g_lp6m_worst.tlup \-tech2itf_map ./techfiles/tluplus/star.map_6M（設(shè)定相應(yīng)corner 的RC 寄生模型）source . /netlist /KOALA_ASIC_TOP_compiled_pass3_mission_90_mode_post.sdc（讀入該模式的時(shí)序約束文件）。