面對(duì)不斷增加的設(shè)計(jì)可變性，提高穩(wěn)健性并最大限度地減少過(guò)度悲觀(guān)情緒

雖然減少工藝節(jié)點(diǎn)在電路密度和提高計(jì)算能力方面帶來(lái)了巨大的好處，但也有一個(gè)相關(guān)的缺點(diǎn)——增加設(shè)計(jì)可變性。這種可變性源于對(duì)裕量的需求，即工程師為提高設(shè)計(jì)穩(wěn)健性和降低流片風(fēng)險(xiǎn)而引入的規(guī)范保護(hù)帶。規(guī)格設(shè)置得越嚴(yán)格，失敗的風(fēng)險(xiǎn)就越大，從而影響最終成本。設(shè)計(jì)人員需要新的工具來(lái)有效且高效地最大限度地減少他們指定的過(guò)多設(shè)計(jì)裕量，從而降低成本和風(fēng)險(xiǎn)。

這篇由兩部分組成的文章的第一部分將探討設(shè)計(jì)人員在開(kāi)發(fā)針對(duì)節(jié)能設(shè)計(jì)的 SoC 時(shí)面臨的問(wèn)題，以及 Synopsys 的 PrimeShield? 技術(shù)如何幫助優(yōu)化低功耗設(shè)計(jì)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)積極的上市時(shí)間目標(biāo)。

現(xiàn)實(shí)

長(zhǎng)期以來(lái)，半導(dǎo)體一直根據(jù)最壞情況的工藝、電壓和溫度（PVT）進(jìn)行指定。在設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員必須平衡性能與功耗和面積（PPA），努力實(shí)現(xiàn)所需的每瓦性能目標(biāo)。為了評(píng)估可變性對(duì)電路性能的影響，設(shè)計(jì)人員采用靜態(tài)時(shí)序分析（STA）來(lái)評(píng)估每個(gè)時(shí)序路徑。由于影響PPA的因素很多，設(shè)計(jì)人員經(jīng)常執(zhí)行SPICE仿真以獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果。

然而，隨著工藝節(jié)點(diǎn)的進(jìn)步和電路密度的增加，上市時(shí)間的壓力也越來(lái)越大。結(jié)果是，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以執(zhí)行預(yù)簽核的魯棒性分析量有限，導(dǎo)致過(guò)度悲觀(guān)（增加設(shè)計(jì)裕量以確保達(dá)到性能和功耗目標(biāo)）。在設(shè)計(jì)和制造中，不言而喻的是，越早發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或進(jìn)行優(yōu)化，影響就越低——魯棒性改進(jìn)也不例外。

這種過(guò)度設(shè)計(jì)的最終結(jié)果是魯棒性降低，直接影響最終產(chǎn)品PPA、上市時(shí)間和材料成本——所有這些因素都可能使半導(dǎo)體供應(yīng)商在市場(chǎng)上失去競(jìng)爭(zhēng)力。需要一種強(qiáng)大的統(tǒng)計(jì)魯棒性分析工具，該工具可以在設(shè)計(jì)周期的早期應(yīng)用，并幫助提高設(shè)計(jì)對(duì)變化的抗擾度。

進(jìn)入總理盾

蒙特卡洛類(lèi)固醇

雖然蒙特卡洛SPICE仿真一直是電路分析的黃金標(biāo)準(zhǔn)，但它無(wú)法適應(yīng)當(dāng)今的電路密度。就其本質(zhì)而言，蒙特卡羅模擬必須重復(fù)相同的分析數(shù)千次甚至數(shù)百萬(wàn)次才能獲得高西格瑪精度，因此僅適用于數(shù)十個(gè)細(xì)胞。

PrimeShield 利用 Synopsys 的 PrimeTime? 黃金簽核引擎，在幾秒鐘內(nèi)執(zhí)行 SPICE 精確的時(shí)序計(jì)算和變化建模。為了實(shí)現(xiàn)所需的吞吐量，PrimeShield利用蒙特卡洛分析的重復(fù)性，并使用獲得專(zhuān)利的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來(lái)大大提高分析性能。結(jié)果是分析通量提高了 100 到 10，000 倍，在幾分鐘內(nèi)對(duì)具有數(shù)十億個(gè)細(xì)胞的大規(guī)模 SoC 中的關(guān)鍵時(shí)序路徑執(zhí)行統(tǒng)計(jì)仿真，而不是傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)仿真所需的數(shù)天或數(shù)周。

用于低功耗設(shè)計(jì)的PrimeShield

PrimeTime引入了先進(jìn)的電壓調(diào)節(jié)技術(shù)，使設(shè)計(jì)人員能夠在廣泛的范圍內(nèi)對(duì)任何電壓電平進(jìn)行準(zhǔn)確分析。設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在有一種方法可以?huà)呙桦妷悍秶?，在不同的電壓電平下試運(yùn)行相同的設(shè)計(jì)，并最終找到所需的PPA或每瓦性能目標(biāo)的電壓最佳點(diǎn)。雖然 PrimeTime 解決方案已被證明既準(zhǔn)確又有效，但掃描過(guò)程既耗時(shí)又耗費(fèi)資源。

PrimeShield擴(kuò)展了PrimeTime核心技術(shù)，并引入了一種新的PPA簽核分析類(lèi)型，稱(chēng)為電壓松弛，它表示設(shè)計(jì)滿(mǎn)足性能要求的每個(gè)單元或每個(gè)路徑的最低電壓。這種簽核分析使設(shè)計(jì)人員能夠有效地查明電壓瓶頸，以提高IR壓降魯棒性，提高電壓裕量均勻性，并發(fā)現(xiàn)直接微調(diào)工作電壓的機(jī)會(huì)。可變電壓現(xiàn)在可用作 PPA 優(yōu)化指標(biāo)。

電壓松弛的大小決定了路徑對(duì)電壓變化的敏感性。具有小電壓松弛的路徑被認(rèn)為是工作電壓關(guān)鍵型的。PrimeShield優(yōu)先考慮具有較小電壓緩沖的固定路徑，以提高設(shè)計(jì)對(duì)IR壓降的彈性。它還通過(guò)降低工作電壓或通過(guò)提高工作電壓來(lái)提升頻率，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。此外，PrimeShield支持基于電壓松弛的優(yōu)化，并且已被發(fā)現(xiàn)對(duì)混合V非常有益。T設(shè)計(jì)。

動(dòng)態(tài)或開(kāi)關(guān)電源已成為功耗優(yōu)化的重中之重，尤其是對(duì)于高級(jí)節(jié)點(diǎn) HPC 應(yīng)用。雖然降低工作電壓可以直接降低動(dòng)態(tài)功耗，但工作電壓長(zhǎng)期以來(lái)一直是設(shè)計(jì)流程中的靜態(tài)指標(biāo)。高級(jí)節(jié)點(diǎn)上更高的電池和功率密度也使得降低電壓供應(yīng)水平成為一項(xiàng)極其困難的任務(wù)。盡管如此，較低的電壓水平對(duì)于實(shí)現(xiàn)有競(jìng)爭(zhēng)力的每瓦性能目標(biāo)至關(guān)重要。因此，一個(gè)新的購(gòu)電協(xié)議權(quán)力機(jī)會(huì)出現(xiàn)了。

功率與電壓有關(guān)，但降低工作電壓會(huì)影響性能。PrimeShield 計(jì)算每條路徑滿(mǎn)足時(shí)序要求的最低工作電壓，準(zhǔn)確考慮電壓松弛。利用這些數(shù)據(jù)，PrimeShield執(zhí)行電壓魯棒性分析，以識(shí)別具有大IR壓降靈敏度和引腳松弛不足的瓶頸電池。因此，設(shè)計(jì)人員可以對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行微調(diào)，以實(shí)現(xiàn)最低的工作電壓，同時(shí)達(dá)到性能目標(biāo)。

因此，PrimeShield電壓松弛和魯棒性分析使用戶(hù)能夠提高超低功耗設(shè)計(jì)中對(duì)電壓變化的設(shè)計(jì)彈性，并進(jìn)一步節(jié)省功耗以獲得最佳能效。

審核編輯：郭婷