優(yōu)化設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)高性能，同時(shí)滿足嚴(yán)格的設(shè)計(jì)計(jì)劃

本博客的第 1 部分探討了從事片上系統(tǒng) （SoC） 目標(biāo)高能效設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)人員面臨的問題，以及 Synopsys 的 PrimeShield 設(shè)計(jì)魯棒性解決方案如何幫助優(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)。

最后一部分將深入探討PrimeShield設(shè)計(jì)魯棒性解決方案如何幫助SoC設(shè)計(jì)人員優(yōu)化其設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)高性能，同時(shí)滿足緊迫的設(shè)計(jì)計(jì)劃，并提供一些實(shí)際示例。

設(shè)計(jì)穩(wěn)健性，實(shí)現(xiàn)高性能設(shè)計(jì)

在時(shí)序的情況下，經(jīng)過驗(yàn)證的方法使用靜態(tài)時(shí)序分析 （STA） 來分析每個(gè)時(shí)序路徑，并根據(jù)頻率指標(biāo)單獨(dú)檢查它們。由于高級節(jié)點(diǎn)的顯著可變性，特別是在低電壓下，非常需要分析由高可變性引起的潛在性能瓶頸。通過對所有關(guān)鍵路徑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)關(guān)聯(lián)來識別這些瓶頸的統(tǒng)計(jì)分析可以避免過度補(bǔ)償，同時(shí)提高設(shè)計(jì)性能、功耗和面積 （PPA） 指標(biāo)。在時(shí)序性能方面也出現(xiàn)了新的PPA機(jī)會。

PrimeShield設(shè)計(jì)變異分析（DVA）通過顯式跟蹤通過公共單元的路徑之間的相關(guān)性來計(jì)算準(zhǔn)確的每個(gè)端點(diǎn)西格瑪。它使用 STA 蒙特卡羅分析以及來自現(xiàn)有 LVF 庫的精確時(shí)序數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)可預(yù)測的時(shí)序，并針對運(yùn)行時(shí)進(jìn)行了高度優(yōu)化。DVA的路徑相關(guān)性感知方法顯著降低了悲觀情緒，而不是假設(shè)路徑是獨(dú)立的傳統(tǒng)方法。變化魯棒性功能還可以識別芯片上的瓶頸單元，通常是變化較大且引腳松弛不足的單元;修復(fù)這些電池可以顯著提高設(shè)計(jì)魯棒性，而功耗可以忽略不計(jì)。

在基于時(shí)序裕量的傳統(tǒng)方法中，旨在確保穩(wěn)健性的增加裕量會對性能產(chǎn)生負(fù)面影響。降低時(shí)序裕量的關(guān)鍵是通過控制晶體管之間對時(shí)鐘路徑工藝變化的跟蹤來減少時(shí)鐘和信號偏斜冗余。為了減少時(shí)序悲觀情緒，PrimeShield設(shè)計(jì)魯棒性解決方案執(zhí)行全局偏斜分析。全局偏斜分析計(jì)算與全局和互連 VT 偏斜相關(guān)的路徑魯棒性。

全局 V T 變化在單個(gè) V T 類中具有很強(qiáng)的相關(guān)性，但在不同的 VT 類之間僅部分相關(guān)。與傳統(tǒng)分析一樣，同時(shí)應(yīng)用最小/最大時(shí)序降額過于悲觀;然而，對N VT類的2種N組合的分析是極其成本和資源密集型的。因此，設(shè)計(jì)人員被迫在時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)中僅使用一種VT類型，并背負(fù)著額外的時(shí)序悲觀的懲罰。

PrimeShield全局V T偏斜分析允許用戶在發(fā)射和捕獲路徑中對相同VT類的所有單元應(yīng)用相同的降額。因此，它抵消了同一VT級變化的發(fā)射/捕獲影響，顯著降低了悲觀情緒，同時(shí)仍確保簽核安全。該分析還允許在時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)中使用多個(gè)V T類，同時(shí)提高簽核安全性，即使在時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)中使用一種VT類型也是如此。

此外，PrimeShield 設(shè)計(jì)魯棒性解決方案通過顯著減少全局 V T 變化所需的 STA 角庫數(shù)量以及 N V T 類確定最差混合 V T 時(shí)序松弛所需的 2N V T 組合運(yùn)行，提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率。

同樣，金屬/互連變化在每層內(nèi)也高度相關(guān)，但在不同的金屬層之間僅部分相關(guān)。與傳統(tǒng)分析一樣，同時(shí)應(yīng)用最小/最大寄生邊界過于悲觀;然而，對N種金屬層的2種N組合進(jìn)行分析是極其成本和資源密集型的。

PrimeShield 全局互連偏斜分析明確模擬了發(fā)射和捕獲路徑中相同金屬層內(nèi)變化的延遲影響的抵消。它減少了時(shí)序悲觀情緒，同時(shí)仍然提供簽核安全性;可以采用基于蒙特卡羅的快速分析來實(shí)現(xiàn)最高精度。全面的設(shè)計(jì)變化和全局偏斜分析可最大限度地減少時(shí)序悲觀保護(hù)帶和過裕量，從而改善設(shè)計(jì)性能并提升 FMAX。

證據(jù)就在布丁里

通過早期的合作伙伴關(guān)系和廣泛的合作，燈塔客戶已轉(zhuǎn)向PrimeShield設(shè)計(jì)魯棒性解決方案，以利用相互技術(shù)和專有技術(shù)來提高先進(jìn)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的魯棒性，并實(shí)現(xiàn)新的功耗和性能水平。

PrimeShield設(shè)計(jì)穩(wěn)健性解決方案已經(jīng)在多個(gè)客戶部署中證明了其有效性：

移動(dòng)/5G、HPC 和汽車領(lǐng)域的全球半導(dǎo)體領(lǐng)導(dǎo)者在多個(gè)模塊的總功耗降低 4% 后，在 3/6 納米超低功耗設(shè)計(jì)流片上部署了 PrimeShield。

一家大型北美半導(dǎo)體領(lǐng)導(dǎo)者在 5/4 nm 設(shè)計(jì)上部署了 PrimeShield 設(shè)計(jì)魯棒性解決方案，通過設(shè)計(jì)變化分析、7：13 VT 庫角落和運(yùn)行時(shí)間縮短以及 1× 蒙特卡羅仿真性能改進(jìn)，F(xiàn)MAX 提升了 120%。

亞洲一家大型手機(jī)芯片供應(yīng)商能夠在保持相同功率和面積的同時(shí)，將下一代 8 納米高性能 CPU 的 FMAX 提高近 5%。

一家供應(yīng)商通過使用PrimeShield電壓松弛分析，同時(shí)保持時(shí)序，在為美國領(lǐng)先的超大規(guī)模企業(yè)設(shè)計(jì)的11 nm SoC上，將動(dòng)態(tài)功耗降低了5%。

總結(jié)

如今，由于統(tǒng)計(jì)魯棒性分析的成本和復(fù)雜性，它通常在設(shè)計(jì)周期的后期進(jìn)行，甚至作為事后分析。但對于領(lǐng)先的客戶來說，魯棒性已成為除功耗、性能和面積之外必不可少的設(shè)計(jì)質(zhì)量指標(biāo)。PrimeShield設(shè)計(jì)魯棒性解決方案的快速、高容量魯棒性分析引擎意味著設(shè)計(jì)人員最終可以在整個(gè)設(shè)計(jì)流程中優(yōu)化最佳設(shè)計(jì)性能、功耗、面積和魯棒性（PPA-R）。

PrimeShield 設(shè)計(jì)魯棒性解決方案在 Synopsys 融合設(shè)計(jì)平臺中提供，可提供具有最小統(tǒng)計(jì)魯棒性損失和最佳設(shè)計(jì) PPA-R 的設(shè)計(jì)。它為客戶設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提供全面的全局魯棒性、偏斜和電壓松弛分析和優(yōu)化，以解決由變化引起的設(shè)計(jì)漏洞，同時(shí)最大限度地提高下一代設(shè)計(jì)的能效和性能。

審核編輯：郭婷