加快早期設計探索和驗證，縮短上市時間

作者：時間：2021-01-28 來源：

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芯片級驗證的挑戰(zhàn)

本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/202101/422489.htm

鑒于先進工藝設計的規(guī)模和復雜性，而且各方為搶先將產品推向市場而不斷競爭，片上系統(tǒng) (SoC) 設計團隊沒有時間等到所有芯片模塊都全部完成后才開始組裝芯片。因此，SoC 設計人員 通常會在模塊開發(fā)的同時開始芯片集成工作，以便在設計周期的早期捕獲并糾正任何布線違規(guī)，從而幫助縮短至關重要的上市時間。錯誤在早期階段更容易修復，而且對版圖沒有重大影響，設計人員在此階段消除錯誤，可以減少實現流片所需的設計規(guī)則檢查 (DRC) 迭代次數（圖 1）。

但是，早期階段芯片級物理驗證面臨許多挑戰(zhàn)。通常，在布局規(guī)劃的早期階段，未完成模塊中報告的違規(guī)數量非常多，導致此現象的原因是許多系統(tǒng)性問題可能廣泛分布在整個設計中。系統(tǒng)性問題的典型例子包括：SoC 級別的模塊布局偏離網格、SoC MACRO 封裝外發(fā)生IP 合并、保留布線層上發(fā)生 IP 布線、時鐘網絡上的過孔類型不正確，以及 SoC 中 IP 布局方向不匹配，如圖 2 所示。在這個階段區(qū)分模塊級違規(guī)和頂層布線違規(guī)并非易事。

圖 1：識別和解決芯片集成問題與模塊開發(fā)并行進行，可最大程度地減少整個設計實現流程中的 DRC 迭代次數。

對初始 DRC 運行使用晶圓代工廠規(guī)則集中的默認設置，通常會導致運行時間非常長，還會報告非常多的違規(guī)，并產生極其龐大的結果數據庫，所有這些都使得調試極其困難且耗時。

圖 2：系統(tǒng)性錯誤常常導致早期芯片級驗證中出現大量違規(guī)。

在此早期階段，SoC 設計人員的目標通常是最大限度地減少每次 DRC 迭代的運行時間，并且僅關注此時相關的違規(guī)情況。除了將模塊違規(guī)與需要調試的布線違規(guī)區(qū)分開來之外，SoC 設計人員還可以將模塊違規(guī)送回模塊所有者進行調試和更正。從早期的布局規(guī)劃到最終的產品流片，SoC 設計人員的終極目標是發(fā)現并修復 SoC 系統(tǒng)性問題。

改善錯誤較多的模塊／芯片級驗證

Calibre? Reconnaissance (Calibre Recon) 工具是一個完整的功能包，支持設計團隊在設計周期的早期階段（此時各種組件尚不成熟）便開始對整個芯片設計版圖進行探索和物理驗證。Caliber Recon 工具能夠非常有效地發(fā)現早期潛在的集成問題，向設計團隊快速提供反饋以便其采取適當的糾正措施，最終減少 DRC 迭代次數，縮短總周轉時間，加快產品上市。此外，Caliber Recon 工具經過精心設計，從第一次運行便能提供所有這些功能，支持在任何工藝技術節(jié)點上按原樣使用任何晶圓代工廠／獨立設備制造商 (IDM) 的 Caliber sign-off 設計套件。

自動檢查選擇

當存在錯誤時，某些規(guī)則檢查往往會運行很長時間。取消選擇此類規(guī)則可以大大加快運行速度，但設計人員如何確定取消選擇哪些檢查呢？取消選擇涉及許多操作的檢查？還是取消選擇某一類檢查，例如天線檢查或所有連通性檢查？選擇運行 “最佳” 的一組檢查并不容易，這可能需要進行大量的高級分析，并對晶圓代工廠規(guī)則集進行一些編輯（圖 3）。

Caliber Recon 工具可自動取消選擇與當前開發(fā)階段無關的檢查。Calibre 引擎根據檢查類型和檢查涉及的操作數量來決定取消選擇哪些檢查，以提供良好的覆蓋率、加快運行時間并減少內存消耗。對于各種工藝節(jié)點，平均而言，Caliber Recon 工具可將要執(zhí)行的檢查數量減少約 50%。取消選擇的檢查／類別會在過程記錄副本中報告，以供用戶參考。Caliber Recon 工具也會接受用戶手動取消選擇的所有檢查／類別。

圖 3：選擇正確的檢查集合進行早期驗證需要仔細分析。

自動取消選擇檢查時，報告的違規(guī)總數通常會減少到原數量的 70% 左右（圖 4）。但這些違規(guī)對于目標實現階段更有意義，有助于分析和調試實際系統(tǒng)性問題。

圖 4：使用 Caliber Recon 功能時執(zhí)行的規(guī)則檢查總數量的減少情況，以及最終報告的違規(guī)數量的減少情況。

Caliber Recon 工具最多可將整體 DRC 運行時間縮短為原來的 1/14，同時仍能檢查總 DRC 集合的大約 50%。Calibre 引擎自動選擇的規(guī)則子集可以有效識別布局規(guī)劃和子芯片集成問題，向設計團隊快速提供反饋以便采取適當的糾正措施，并顯著縮短總周轉時間。圖 5 基于測試顯示了不同芯片的 DRC 運行時間結果。

圖 5：在各種芯片上測試 Caliber Recon 自動檢查選擇的結果表明，早期實現階段的 DRC 運行時間和內存耗用量大幅減少。

Caliber Recon 驗證不僅能幫助 SoC 設計人員進行早期芯片級驗證，而且支持早期模塊驗證。因為模塊和芯片設計是并行完成，所以模塊設計人員可以在模塊上運行 Caliber Recon 驗證。如果報告了錯誤，模塊設計人員可以修復系統(tǒng)性問題。如果 Caliber Recon 結果無錯誤，便可將模塊傳遞給芯片，而模塊設計人員可以在該模塊上并行運行其余規(guī)則。如圖 6 所示，在初始布線期間對模塊（重復單元）運行 Caliber Recon 工具可使運行時間縮短 8 倍，內存占用減少 4 倍。

圖 6：在不同的開發(fā)階段時，將針對重復單元和完整芯片執(zhí)行的 Calibre Recon 和完整 Calibre nmDRC 進行比較，結果顯示 Calibre Recon 的運行時間和內存耗用量都減少。

灰框排除

遵循相同的排除概念，但這次是從設計角度來看，是否有可能忽略設計的某些部分（主要是不成熟的模塊），從而聚焦于接口和布線違規(guī)并減少運行時間？ Caliber Recon 灰框功能允許設計人員在檢查頂層布線時不必考慮單元細節(jié)。灰框標記可移除指定單元中的數據，而不會從更高的父層級中刪除幾何形狀

（圖 7）。因此，指定單元上的任何布線違規(guī)仍能被捕捉到。此外，設計人員可以通過縮小單元的范圍來在移除的幾何形狀周圍保留一個暈圈，以便捕獲指定單元與其相鄰單元之間的接口違規(guī)。

圖 7：利用 Caliber Recon 灰框標記，設計人員可以從 DRC 中排除版圖的某些部分，同時仍能檢查這些區(qū)域是否存在接口或布線違規(guī)。

灰框解決方案對于矩形和非矩形單元均適用，但設計人員可能需要指定代表非矩形單元范圍的層（邊界層可用于此目的）。

雖然灰框功能可縮短運行時間，但從指定單元中移除幾何形狀可能會引入一些新的 DRC 違規(guī)，這將需要額外的調試來區(qū)分哪些是實際違規(guī)，哪些是因為從指定單元中切除幾何形狀所產生的違規(guī)。為了避免此問題，以及免于編輯晶圓代工廠規(guī)則集來為灰框功能增加規(guī)范說明，設計人員可以將 Caliber Recon 灰框功能與 Caliber Auto-Waivers 功能結合使用。如圖 8 所示，其主要目的是不檢查不完整模塊中的幾何形狀以縮短運行時間，附帶的好處是可豁免從指定單元排除區(qū)域時所引入的任何違規(guī)。這種結合使得設計人員可以專注于原始（有效） DRC 接口違規(guī)。所有豁免的違規(guī)都保存到豁免結果數據庫文件中，供日后需要時審查。

圖 8：Caliber Recon 灰框功能與 Calibre Auto-Waiver 功能相結合，使得設計人員可以執(zhí)行接口和頂層布線驗證，而不必擔心因為從灰框單元中移除幾何形狀而產生錯誤。

灰框解決方案能將 SoC 團隊指向需要注意的接口 DRC 錯誤。它還將與組裝相關的集成和布線違規(guī)與不成熟模塊的違規(guī)區(qū)分開來。如圖 9 所示，將此功能與自動選擇相關檢查相結合，可進一步縮短運行時間，因為系統(tǒng)會針對設計區(qū)域報告的違規(guī)，選擇其中需要在特定階段多加注意的違規(guī)，讓設計人員只專注在這些違規(guī)上。因此，它有助于設計團隊在設計周期的早期解決更多關鍵接口問題，避免最后一刻出現令人沮喪的意外。