基于TalusVortexFX的32/28納米節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案

前言

目前的高端ASIC/ASSP/SoC器件開發(fā)商可考慮分為三大類：主流、早期采用者和技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者。在寫這篇文章的時(shí)候，主流開發(fā)商正致力于65納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，早期采用者開發(fā)商正專注于45/40納米節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，而技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者開發(fā)商正力求超越32/28納米及更小尺寸節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。隨著技術(shù)采用開發(fā)步伐的日益加快，下一代的早期采用者過渡到32/28納米節(jié)點(diǎn)的時(shí)間將不會(huì)很久，而他們的主流開發(fā)商同行也將緊隨其后。

進(jìn)行32/28納米節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)遇到許許多多的問題，包括：低功耗設(shè)計(jì)、串?dāng)_效應(yīng)、工藝變異及操作模式和角點(diǎn)數(shù)量的顯著增加。本文首先會(huì)為您呈現(xiàn)微捷碼Talus®Vortex1.2物理實(shí)現(xiàn)流程的高層次視圖，接著將介紹32/28納米節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)所包含的一些問題并描述TalusVortex1.2是如何解決的這些問題。

除了上述技術(shù)問題以外，32/28納米節(jié)點(diǎn)日益提高的設(shè)計(jì)規(guī)模和復(fù)雜性還造成了工程資源(在不擴(kuò)大團(tuán)隊(duì)規(guī)模的前提下取得更大成果，同時(shí)還保持甚至縮短現(xiàn)有時(shí)間表)、硬件資源(無須增加內(nèi)存或購(gòu)買全新設(shè)備，利用現(xiàn)有設(shè)備和服務(wù)器處理更大型設(shè)計(jì))、滿足日益緊張的開發(fā)時(shí)間表等方面相關(guān)問題的增加。為了解決這些問題，本文還將描述通過TalusVortexFX創(chuàng)新性的DistributedSmartSync™(分布式智能同步)技術(shù),TalusVortex顯著地提高了其容量和性能。TalusVortexFX提供了首款且唯一一款分布式布局布線解決方案。

TalusVortex1.2物理實(shí)現(xiàn)流程介紹

圖1所展示的是標(biāo)準(zhǔn)TalusVortex1.2物理流程的高層次視圖。從圖中，您不難觀察到它先假設(shè)了芯片級(jí)網(wǎng)表的存在，此網(wǎng)表可能已通過微捷碼或第三方的設(shè)計(jì)輸入和綜合工具而生成。

圖1.標(biāo)準(zhǔn)TalusVortex1.2流程高級(jí)視圖

第一步，準(zhǔn)備好網(wǎng)表;這包括了各種任務(wù)，如：如確定輸入/輸出焊盤(I/Opad)及所有宏單元的位置。第二步，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)單元布局(這是與全局布線同時(shí)進(jìn)行，因?yàn)椴季�可能影響到單元布局，而單元布局也會(huì)對(duì)布局造成影響)。

在完成初始單元布局之后，第三步是綜合時(shí)鐘樹,將其添加到設(shè)計(jì)中。多數(shù)時(shí)鐘樹綜合工具并非執(zhí)行真正的多模多角(MMMC)時(shí)鐘樹實(shí)現(xiàn)，而是將時(shí)序環(huán)境分為best-case(最佳情況)和worst-case(最差情況)角點(diǎn)。但這種做法過于的悲觀，會(huì)導(dǎo)致性能一直處于“毫無起色”的狀態(tài)。在32/28納米節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)真正的MMMC時(shí)鐘樹勢(shì)在必行(另見后文32/28納米主題中“MMMC問題”部分)。因此Talus1.2的時(shí)鐘樹綜合部署了完整的MMMC分析，以平均10%的延遲性改善和10%的面積縮小實(shí)現(xiàn)了更為先進(jìn)的魯棒性時(shí)鐘系統(tǒng)，如圖2所示

圖2.全MMMC時(shí)鐘樹綜合實(shí)現(xiàn)了更為先進(jìn)的魯棒性時(shí)鐘系統(tǒng)

一旦時(shí)鐘樹添加成功，那么第四步是執(zhí)行復(fù)雜的優(yōu)化工作。而接下來的第五步則是進(jìn)行詳細(xì)布線。Talus1.2流程的收斂特性確保了詳細(xì)布線結(jié)束時(shí)的時(shí)序可與流程早期所見到的時(shí)序密切吻合，甚至在考慮到串?dāng)_時(shí)也是如此(另見后文32/28納米主題中“串?dāng)_問題”部分)。

32/28納米低功耗問題

圖3.功耗是目前芯片設(shè)計(jì)最為關(guān)心的問題

工程師能夠部署各種各樣的技術(shù)來控制器件的動(dòng)態(tài)(開關(guān))功耗和漏電功耗。這些技術(shù)包括(但不限于)多開關(guān)閾值(multi-Vt)晶體管的使用、多電源多電壓(MSMV)、動(dòng)態(tài)電壓與頻率縮放(DVFS)及電源關(guān)斷(PSO)。

在多開關(guān)閾值晶體管情況下，非關(guān)鍵時(shí)序路徑上的單元可由漏電量較低、功耗較少、開關(guān)速度較慢的高開關(guān)閾值(high-Vt)晶體管來組成;而關(guān)鍵時(shí)序路徑上的單元?jiǎng)t可由漏電量較高、功耗較多、開關(guān)速度顯著加快的低開關(guān)閾值(low-Vt)晶體管來組成。

多電源多電壓(MSMV)所包括的芯片可分為不同區(qū)域(有時(shí)稱為“電壓島”或“電壓域)，不同區(qū)域擁有不同的供電電壓。分配到較高電壓島的功能塊將擁有較高性能和較高功耗;而分配到較低電壓島的功能塊則將擁有較低性能和較低功耗。

動(dòng)態(tài)電壓與頻率縮放(DVFS)技術(shù)的使用是通過改變一個(gè)或多個(gè)功能塊的相關(guān)電壓或頻率來優(yōu)化性能與功耗間折衷權(quán)衡。例如：1.0V的額定電壓在功能塊活動(dòng)率低時(shí)可降至0.8V以降低功耗，或在需要時(shí)它也可以提至1.2V以提高性能。同樣地，額定時(shí)鐘頻率可在功能塊活動(dòng)率相對(duì)低時(shí)減至一半，或它也可增強(qiáng)一倍以滿足短時(shí)間爆發(fā)的高性能需求。

顧名思義，電源關(guān)斷(PSO)系指切斷選定的目前不在使用中的功能塊的電源。盡管這項(xiàng)技術(shù)在省電方面效果非常好，但它需要考慮到的問題真的很多，如：為避免造成電流浪涌，要按特殊順序給相關(guān)功能塊的供電和關(guān)電。

TalusVortex1.2提供了一款完整的集成化低功耗解決方案，包括一種自動(dòng)化低功耗綜合方法，可與跨多電壓和頻率區(qū)域的并行分析與優(yōu)化功能結(jié)合使用。Talus1.2不僅不會(huì)對(duì)所使用的不同晶體管開關(guān)閾值的數(shù)量進(jìn)行限制，同時(shí)還支持無限的電壓、頻率和電源切斷區(qū)域。此外，Talus1.2完全支持通用功率格式(CPF)和統(tǒng)一功率格式(UPF)。這兩種格式讓設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)能夠先從功耗角度出發(fā)把握設(shè)計(jì)意圖，然后再推動(dòng)下游規(guī)劃、實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證策略(見側(cè)邊欄)。

32/28納米串?dāng)_問題

時(shí)鐘頻率的持續(xù)提高與供電電壓的日益降低意味著對(duì)串?dāng)_型延時(shí)變化、功能失效等信號(hào)完整性(SI)效應(yīng)的敏感度在不斷提高。在32/28納米節(jié)點(diǎn)，由于更近的相鄰軌道、橫截面(32/28納米節(jié)點(diǎn)的軌道的高度可能大于其寬度，如圖4所示，它增大了相鄰軌道耦合電容)以及金屬化的軌道和通孔的電阻的提高(相對(duì)而言)，因此這些效應(yīng)也進(jìn)一步增強(qiáng)。

圖4.32/28納米節(jié)點(diǎn)軌道的高度可能超過其寬度。

來源：Magma