如果這些芯片可以說(shuō)話：來(lái)自路徑裕量監(jiān)視器的可操作見解

當(dāng)前電子產(chǎn)品最重要的趨勢(shì)之一是收集和分析大數(shù)據(jù)，以獲得成本、功耗、性能和可靠性方面的優(yōu)勢(shì)。這在芯片開發(fā)流程中變得越來(lái)越普遍。例如，從模擬回歸中收集的數(shù)據(jù)可以幫助調(diào)試和達(dá)到覆蓋率目標(biāo)。機(jī)器學(xué)習(xí) （ML） 使用許多通過(guò)實(shí)現(xiàn)（邏輯綜合和布局）工具的結(jié)果來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)的功耗、性能和面積 （PPA） 特性?，F(xiàn)在，在項(xiàng)目的硅前階段，數(shù)據(jù)在多個(gè)點(diǎn)被挖掘和利用，但直到最近，一旦芯片被制造出來(lái)，這個(gè)過(guò)程就停止了。隨著設(shè)計(jì)人員向硅添加結(jié)構(gòu)，在芯片啟動(dòng)、生產(chǎn)測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)最終產(chǎn)品中的部署期間提供反饋，這種情況正在迅速改變。

如果芯片會(huì)說(shuō)話，他們能告訴制造它們的公司什么？首先，數(shù)據(jù)可能表明芯片可以在降低的電壓下運(yùn)行，同時(shí)仍能實(shí)現(xiàn)相同的性能。這具有明顯而有價(jià)值的好處。較低的電壓對(duì)硅的壓力較小，并可能延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命和可靠性。更少的電力意味著更低的使用最終產(chǎn)品的成本，減少發(fā)電和冷卻，并減少對(duì)環(huán)境的影響。片上系統(tǒng) （SoC） 設(shè)計(jì)中使用的動(dòng)態(tài)電壓和頻率調(diào)節(jié) （DVFS） 技術(shù)提供了更多節(jié)能機(jī)會(huì)。數(shù)據(jù)分析可以為如何改變電壓和時(shí)鐘速率以優(yōu)化生產(chǎn)使用中的性能和功耗提供有價(jià)值的指導(dǎo)。

來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的反饋可能會(huì)導(dǎo)致更好的測(cè)試模式，以提高制造質(zhì)量或更有效地分箱零件。來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)和芯片測(cè)試的見解可能會(huì)帶來(lái)更好的故障預(yù)測(cè)和長(zhǎng)期可靠性。這些數(shù)據(jù)可能會(huì)在開發(fā)流程中提供更遠(yuǎn)的好處，改進(jìn)未來(lái)幾代芯片的設(shè)計(jì)變體。來(lái)自許多芯片的參數(shù)化現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)更精確的電路模型，這些模型與實(shí)際硅更好地相關(guān)。芯片可以設(shè)計(jì)為具有更好的DVFS功能和PPA優(yōu)化。確實(shí)有很多機(jī)會(huì)使用芯片“傳達(dá)”的信息來(lái)學(xué)習(xí)和改進(jìn)。

如今，通過(guò)在制造芯片中加入路徑裕量監(jiān)控器（PMM）IP單元，可以獲得所有這些優(yōu)勢(shì)。PMM 單元在芯片以任務(wù)模式運(yùn)行時(shí)，以非侵入式方式提供硅狀態(tài)的細(xì)粒度可觀察性。它們測(cè)量實(shí)際功能路徑的延遲，而不會(huì)影響任務(wù)邏輯的操作。這使得它們與環(huán)形振蕩器和過(guò)程、電壓和溫度（PVT）監(jiān)測(cè)器完全互補(bǔ)，后者測(cè)量環(huán)境參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)。每個(gè)PMM單元選擇來(lái)自功能路徑的信號(hào)作為其輸入。從附近的信號(hào)集合中進(jìn)行選擇，可以在多個(gè)功能路徑之間共享一個(gè)PMM。這些路徑應(yīng)具有較高的切換速率，并且類似于關(guān)鍵路徑或包含易受時(shí)間推移而降級(jí)的設(shè)備。所選信號(hào)被鎖存到陰影觸發(fā)器中，并通過(guò)一系列延遲元件饋送。

在延遲鏈的每個(gè)階段，將路徑裕量與陰影觸發(fā)器進(jìn)行比較。經(jīng)過(guò)一系列比較后，可以通過(guò)檢測(cè)捕獲觸發(fā)器的故障點(diǎn)來(lái)確定裕量。從芯片上的許多路徑收集測(cè)量值，可以全面了解時(shí)序裕量。由于局部熱點(diǎn)，芯片的不同區(qū)域可能表現(xiàn)不同，并且由于電壓和溫度變化，單個(gè)路徑的測(cè)量值可能會(huì)隨著時(shí)間的推移而變化。許多芯片的測(cè)量顯示了工藝變化的影響。所有這些不同的數(shù)據(jù)都必須在現(xiàn)場(chǎng)收集，在某種中央樞紐中收集，并進(jìn)行智能分析，以獲得前面提到的那種見解和優(yōu)化。將路徑裕量數(shù)據(jù)與其他類別的傳感器（如環(huán)境或功能傳感器）相結(jié)合，可以打開一個(gè)用例領(lǐng)域。

Synopsys SiliconMAX 硅生命周期管理 （SLM） 平臺(tái)具備提供 PMM 解決方案的所有功能。其中包括 SiliconMAX 路徑裕量監(jiān)控 IP，用于測(cè)量測(cè)試或現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)路徑的時(shí)序裕量，以及 Synopsys SiliconDash，用于在云中執(zhí)行分析并根據(jù)收集的數(shù)據(jù)提供見解。該解決方案提供了多種功能，可自動(dòng)使用 PMM IP，并將其用于芯片開發(fā)、測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)。在PMM插入過(guò)程中，PMM單元被系統(tǒng)地放置在芯片上，以精細(xì)的物理分辨率精確捕獲硅的狀態(tài)。該流程還插入了一個(gè) PMM 控制器來(lái)管理多組 PMM 單元的配置和數(shù)據(jù)收集，并為配置和結(jié)果添加內(nèi)部存儲(chǔ)器存儲(chǔ)。控制器具有掃描鏈橋、用于芯片測(cè)試期間訪問的 IEEE 1500 接口和用于現(xiàn)場(chǎng)訪問的 APB 接口。

對(duì)芯片內(nèi)的運(yùn)營(yíng)利潤(rùn)有更大的可見性和洞察力，這有巨大的好處。在先進(jìn)的技術(shù)節(jié)點(diǎn)上，設(shè)備之間和模具之間的工藝差異增加。此外，隨著導(dǎo)線電阻和晶體管特性隨著時(shí)間的推移而變化，老化正成為一個(gè)主要的可靠性問題。深入了解硅是監(jiān)控和跟蹤技術(shù)和老化對(duì)時(shí)序裕量影響的唯一方法。路徑裕量監(jiān)控方法是一種成熟的方法，可根據(jù)實(shí)際可用裕量最大限度地提高性能和功耗。

審核編輯：郭婷