亞微米IC設計挑戰(zhàn)

在芯片科技日新月異的驅策下，設計挑戰(zhàn)也持續(xù)倍增;全球消費者導向市場瞬息萬變，設計師的效率也愈形重要。與幾代之前的芯片相比較，今日的實體設計復雜程度常令人瞠目結舌;特別在互連性(Interconnectivity)的焦點上，更令時下所面臨的議題更形復雜。

　　其次，功能的復雜性日增，意謂著繞線可能更長，使得繞線層間的阻抗變異隨之增加2~3倍，以模塊形式出現(xiàn)的繞線難度更可能達10倍;再者，微通道阻性常是線阻的2~3倍，導致復雜的時脈破壞整體互連管理穩(wěn)定的現(xiàn)象更加嚴重，而現(xiàn)今先進半導體制造工藝與設計的變異性，在正確的時序簽證(sign-off)與實作之間，也需要更緊密的連結;故良率問題也不再被視為后續(xù)流程，轉而被納入整體設計流程中。

　　客戶面臨的挑戰(zhàn)不斷升高

　　新一代的布局與繞線作法于90年代末期開始架構，將實體設計整合為單一執(zhí)行工具。然而，這些解決方案卻有其局限性，因為傳統(tǒng)設計標的，如：區(qū)域、時序、信號整合、測試與耗電量等，雖呈現(xiàn)高度相依性，但在布局、時脈樹合成與繞線都成為獨立而不相關的步驟、且各階段的設計工具多彼此獨立、須經繁復轉檔處理的情況下，已然對現(xiàn)代IC的復雜設計造成莫大困擾。

　　此外，良率最佳化與時序簽證(sign-off)也都是個別獨立的步驟，且被視為是“后續(xù)流程”處理，諸多挑戰(zhàn)全都需要新的實體設計解決方案加以因應。在有限預算及時間的權衡下，一個緊密整合多項相依性工具、能貫穿從RTL到GDS-II整體流程的平臺，便成了設計人員引領期盼的解決之道。知名EDA工具廠商新思科技(Synopsys)于2003年所推出的第一代Galaxy Design Platform，問市后頗受設計人員的好評;其中提供Galaxy實體實作的Physical Compiler 與Astro，更成了設計時苛求最佳結果品質的理想工具，正好彌補了這部分的需求缺口。

　　Synopsys表示，Physical Compiler與Astro是最早引進90納米設計成功量產的先進技術，在前100個tapeouts中，有2/3皆來自于這兩者的貢獻。截至2005年元月止，此技術仍是協(xié)助65納米與45納米設計成功產出的主要工具。Galaxy Design Platform為一開放整合設計實作平臺，建構于Synopsys既有設計工具及開放MilkywayTM數(shù)據庫之上，結合一致的時序、SI分析、通用鏈接庫、延遲計算、限制、測試能力與實體驗證，提供從RTL一直到硅晶的整合流程。

　　實體設計的生力軍—IC

　　Compiler

　　下一代的實體設計系統(tǒng)IC Compiler，為Synopsys Galaxy Design Platform 2005的核心，其設計概念就在解決這些浮現(xiàn)的挑戰(zhàn)，提供從RTL到芯片的一貫解決方案。在整合以往各自獨立的作業(yè)之后，使這一代的布局與繞線工具更臻完美;IC Compiler首創(chuàng)將實體合成、時脈樹合成、繞線、良率最佳化與簽證(sign-off)相互關連加以整合，成為實體設計解決方案，從而創(chuàng)造出無與倫比的設計效能與設計師生產力。

　　繼去年于臺灣地區(qū)成立研發(fā)中心后，Synopsys為持續(xù)其深耕臺灣、永續(xù)經營的企業(yè)理念，于日前的“新思科技GalaxyTM IC Compiler亞太區(qū)發(fā)表會”中，邀請經濟部為新思科技在IC設計上的“持續(xù)創(chuàng)新實踐承諾”做見證，并與工研院簽訂技術合作備忘錄，加強雙方未來的交流。這次所發(fā)表的“GalaxyTM IC Compiler”，為新一代系統(tǒng)芯片(SoC)設計的實體設計系統(tǒng)。首創(chuàng)將實體合成、時脈樹合成、繞線、良率最佳化與簽證(sign-off)相互關聯(lián)性，整合為單一實體設計解決方案，創(chuàng)造極佳的設計效能并提升設計師的生產力。

　　Synopsys GalaxyTM Design Platform的核心—IC Compiler，同時對實體實作，從備妥電路節(jié)點清單一直到待試產、GDSII產出的整套流程，提供最完整的支持。該解決方案由IC Compiler、Design Compiler與簽證(sign-off)產品組成，其中Design Compiler用于RTL合成、IC Compiler則提供實體實作的所有功能。對所有實體設計系統(tǒng)而言，與簽證(sign-off)相互關連是達成設計收斂的重要關鍵。為確保相互關連性，IC Compiler采取共享一般鏈接庫、限制、延遲計算、擷取，甚至于是簽證(sign-off)業(yè)界標準(PrimeTime and Star-RCXTTM)的回歸測試。

　　XPS技術延伸QoR優(yōu)勢

　　IC Compiler獨特的架構能藉由消除彼此的間隔而統(tǒng)一實體設計，同時在最佳化技術、增加良率與時序/信號完整性簽證(sign-off)方面，引進創(chuàng)新技術—“延伸實體合成”(XPS)技術。它可延伸實體合成成為整體的配置與繞線，打破目前存在于這一代解決方案之布局、時脈樹與繞線間的藩籬，促成統(tǒng)一的實體設計;直接與PrimeTime和Star-RCXT相連，并提供精準的簽證(sign-off)數(shù)據，在最終階段促成逐步最佳化。如此便可更直接且能預期簽證(sign-off)確認過的最終效能。此一簽證(sign-off)導向設計，對整個設計流程具有收斂作用，以提供最快速的結果需時(TTR)。

　　XPS延伸實體合成成為整體的配置與繞線，打破這些步驟之間的藩籬，使互連延遲可增加，因此實現(xiàn)更積極的最佳化并產生大幅強化的結果。IC Compiler包括許多良率性能設計，例如：良率導向的實體合成、多模與多角最佳化、可識別耗電布局、優(yōu)先繞線規(guī)則、微信道最小化與冗余、時序導向布線、時序導向金屬填充、關鍵區(qū)域導向繞線、可識別蝕刻繞線以及將設計意圖套用至蝕刻使RET應用更具效率。由于其在最佳化能力、設計者生產力與良率最佳化的諸多優(yōu)勢，特別適合130納米以下的設計范圍;可支持所有Galaxy Design Platform支持的計算機平臺，包括執(zhí)行32位及64位硬件平臺的Linux與Solaris操作系統(tǒng)。

　　目前Galaxy Design Platform中的實體實作是由Physical Compiler、Astro與JupiterXT提供，而IC Compiler則更進一步發(fā)揚光大。對于新舊產品是否有自相殘殺的疑慮?Synopsys表示，兩者并不會有相互取代之虞;未來除了將持續(xù)全面支持并加強Physical Compiler與Astro外，并可因應客戶需求，協(xié)助轉移到新一代的實體實作系統(tǒng)。另Synopsys將從2005年6月起，推出生產用的IC Compiler。

　　瞻前顧后的深亞微米測試—DFT Compiler MAX

　　隨著制程微縮進展的另一項副作用是，數(shù)據壓縮的問題。Synopsys測試事業(yè)部產品行銷經理Cy Hay在接受本刊專訪時表示，當制程進入130納米后，會衍生以下原生挑戰(zhàn)有待克服：1.制程需加入銅元素，但其腐蝕性會電路造成傷害，甚至引發(fā)短路現(xiàn)象;2.高度整合下將使噪聲干擾的幾率倍增;3.電壓分布和功耗的問題;4.有限尺寸上的電路印刷錯誤;5.隨機出現(xiàn)不可預期的錯誤;6.電路信道更窄小所帶來的失誤。他表示，這些問題過去未必全然不會出現(xiàn)，只是當制程在進入130納米后，其發(fā)生的機率將是固有0.18微米的10~20倍!實不容輕忽。

　　自從IBM在1977年率先發(fā)表掃瞄測試的方法后，Synopsys隨后在1993年開始將此概念發(fā)揚光大，相繼推出1-Pass Test Synthesis(單次掃瞄測試整合)、TetraMAX ATPG(只要事先輸0與1的判別型態(tài)，即可自動產業(yè)圖案供判讀)和實體掃瞄整合。而2001年TetraMAX DSMTest的推出是個重要的里程碑，乃針對深次微米所新衍生的制程缺點而創(chuàng)新的測試方法，帶有診斷功能。2002年的SoC BIST進一步將自我測試功能內建于其中，對高階的單芯片進行縝密的偵測，數(shù)據壓縮量高達1,000倍;由于其容易使用和高偵測品質的特性，SoC BIST已陸續(xù)獲nVidia、ATi和Toshiba等大廠的采用。

　　去年，Synopsys更將測試觸角伸及良率診斷領域，不僅能糾出傳統(tǒng)方法所無法察知的瑕疪，更是貫穿RTL和Adaptive的關鍵橋梁，徹底打破了三者之間的籓籬?？偫ㄟ@套DFT(Design for test)整合性解決方案所帶來的效益如下：1.內建于系統(tǒng)之中，與前端設計流程緊密結合，只須使用同一種語法即可輕松作業(yè);2.僅需犧牲約0.5%的芯片面積，且接口容易使用;3.數(shù)據壓縮比為10~50倍，可依需要自定，高階單芯片測試部分甚至可高達1,000倍，可大幅節(jié)省記憶空間及測試時間;4.布局上沒有擁擠的問題，也不會擾亂時序;5.測試涵蓋率達97.23%。

　　結 語

　　科技的進步加上消費者導向的市場瞬息萬變，導致結果與成本同等重要且彼此關系密切，于是需要系統(tǒng)化解決方案處理如此多變的環(huán)境。從RTL一路到芯片的制程中，提供時序、區(qū)域、耗電量、信號完整性、繞線力與良率共同一致的最佳化。隨著科技的挑戰(zhàn)不斷倍增，尖端客戶與Synopsys的合作促成Galaxy Design Platform的持續(xù)演進，并發(fā)展出IC Compiler，成為實體設計在效能與生產力方面的關鍵。

　　而新一代的DFT整合解決方案—DFT Compiler MAX，可提供單次測試數(shù)據量壓縮功能，以解決在130nm及更小的制程技術中，所遭遇到的設計及測試挑戰(zhàn)。DFT Compiler MAX為Synopsys獨特之單次測試整合解決方案的延伸，可提供高達10～50倍壓縮率的簡易測試數(shù)據量壓縮，進而在未大幅影響測試成本的情況下，實現(xiàn)涵蓋錯誤范圍廣大的深次微米(DSM)測試。此解決方案開放地與Synopsys的Design Compiler?罷?鯣alaxyTM Design Platform相整合，以達到最佳的時序收斂(timing closure)，并協(xié)助不具備測試專長的設計者，消除設計與測試實作之間昂貴的重復步驟。