加快早期設(shè)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.butianyuan.cn/article/202101/422489.htm

鑒于先進工藝設(shè)計的規(guī)模和復(fù)雜性，而且各方為搶先將產(chǎn)品推向市場而不斷競爭，片上系統(tǒng) (SoC) 設(shè)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(shè)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(shè)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(guān)重要的上市時間。錯誤在早期階段更容易修復(fù)，而且對版圖沒有重大影響，設(shè) 計人員在此階段消除錯誤，可以減少實現(xiàn)流片所需的設(shè)計規(guī)則檢查 (DRC) 迭代次數(shù)（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(shù)量非常多，導(dǎo)致此現(xiàn)象的原因是許多系統(tǒng)性問題可能廣泛分布在整個設(shè)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(wǎng)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(wǎng)絡(luò)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(shè)計實現(xiàn)流程中的 DRC 迭代次數(shù)。

對初始 DRC 運行使用晶圓代工廠規(guī)則集中的默認設(shè)置，通常會導(dǎo)致運行時間非常長，還會報告非常多的違規(guī)，并產(chǎn)生極其龐大的結(jié)果數(shù)據(jù)庫，所有這些都使得調(diào)試極其困難且耗時。

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

在此早期階段，SoC 設(shè)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(guān)注此時相關(guān)的違規(guī)情況。除了將模塊違規(guī)與需要調(diào)試的布線違規(guī)區(qū)分開來之外，SoC 設(shè) 計人員還可以將模塊違規(guī)送回模塊所有者進行調(diào)試和更正。從早期的布局規(guī)劃到最終的產(chǎn)品流片，SoC 設(shè)計人員的終極目標是發(fā)現(xiàn)并修復(fù) 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(shè)計團隊在設(shè)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(shè)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(xiàn)早期潛在的集成問題，向設(shè)計團隊快速提供反饋以便其采取適當?shù)募m正措施，最終減少 DRC 迭代次數(shù)，縮短總周轉(zhuǎn)時間，加快產(chǎn)品上市。此外，Caliber Recon 工具經(jīng)過精心設(shè)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(shù)節(jié)點上按原樣使用任何晶圓代工廠／獨立設(shè)備制造商 (IDM) 的 Caliber sign-off 設(shè)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(shè)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(guān)的檢查。Calibre 引擎根據(jù)檢查類型和檢查涉及的操作數(shù)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(nèi)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(shù)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(shù)通常會減少到原數(shù)量的 70% 左右（圖 4）。但這些違規(guī)對于目標實現(xiàn)階段更有意義，有助于分析和調(diào)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(shù)量的減少情況，以及最終報告的違規(guī)數(shù)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(shè)計團隊快速提供反饋以便采取適當?shù)募m正措施，并顯著縮短總周轉(zhuǎn)時間。圖 5 基于測試顯示了不同芯片的 DRC 運行時間結(jié)果。

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

Caliber Recon 驗證不僅能幫助 SoC 設(shè)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(shè)計是并行完成，所以模塊設(shè)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(shè)計人員可以修復(fù)系統(tǒng)性問題。如果 Caliber Recon 結(jié)果無錯誤，便可將模塊傳遞給芯片，而模塊設(shè)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(fù)單元）運行 Caliber Recon 工具可使運行時間縮短 8 倍，內(nèi)存占用減少 4 倍。

圖 6：在不同的開發(fā)階段時，將針對重復(fù)單元和完整芯片執(zhí)行的 Calibre Recon 和完整 Calibre nmDRC 進行比較，結(jié)果顯示 Calibre Recon 的運行時間和內(nèi)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(shè)計角度來看，是否有可能忽略設(shè)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(shè)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(shù)據(jù)，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(shè)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(shè)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(shè)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(diào)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(chǎn)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(shè)計人員可以將 Caliber Recon 灰框功能與 Caliber Auto-Waivers 功能結(jié)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(jié)合使得設(shè)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(jié)果數(shù)據(jù)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(jié)合，使得設(shè)計人員可以執(zhí)行接口和頂層布線驗證，而不必擔(dān)心因為從灰框單元中移除幾何形狀而產(chǎn)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(guān)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(guān)檢查相結(jié)合，可進一步縮短運行時間，因為系統(tǒng)會針對設(shè)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(shè)計人員只專注在這些違規(guī)上。因此，它有助于設(shè)計團隊在設(shè)計周期的早期解決更多關(guān)鍵接口問題，避免最后一刻出現(xiàn)令人沮喪的意外。

圖 9：Caliber Recon 自動檢查選擇與灰框功能結(jié)合使用，有助于在早期設(shè)計實現(xiàn)階段將驗證重點放在關(guān)鍵接口和布線問題上。

DRC ANALYZE

Caliber Recon DRC Analyze 功能可幫助設(shè)計人員快速分析其設(shè)計并直觀地查看錯誤分布，以便找出可快速提高版圖質(zhì)量的機會點。

DRC Analyze 功能允許設(shè)計人員繪制不同的直方圖（基于層次化單元或窗口）以進行芯片分析，并為這些直方圖指定自定義縮放范圍。它還支持繪制結(jié)果的彩色圖，既可以在獨立窗口上繪制，也可以映射到設(shè)計上，讓設(shè)計人員能夠探查每個單元和每個窗口的錯誤細節(jié)，結(jié)果會分布在整個設(shè)計上（圖 10）。