解決方案：使用現(xiàn)有布局來省去緩沖器

摘要

在SoC設計中，EDA工具處理完網(wǎng)絡列表之后插入的邏輯均被稱作ECO?？梢圆槐剡M行合成、地點和路線、提取、串音等整個SoC設計周期，從而節(jié)省完成ECO的時間?？梢圆捎檬″X方式來執(zhí)行后掩膜工程變更清單。 如果只修改少量金屬層就能完成一項更改，那么涉及的成本要比將整個設計完全重做少得多。 ECO通常會使用到備用門模塊(在合成期插入)。通常，這些備用門模塊包括NAND、NOR、 觸發(fā)器、 緩沖器、逆變器以及其他可能使用到的邏輯單元。 本文重點介紹如何使用現(xiàn)有布局的緩沖器/逆變器(對)邏輯，使用備用單元模組來避免違反設計(DRV)規(guī)則。

介紹

實施工程變更訂單(ECO)，是片上系統(tǒng)(SoC)設計階段十分常用的一個步驟。 在設計中采用ECO的原因有很多。

1.事先規(guī)劃好的ECO： 有時候，設計人員可以預先設定好采用ECO。 例如，有時候可能有這種情況：在ASIC設計周期的后期需要引入IP，因此設計人員要對其活動進行適當規(guī)劃，以免設計階段受到限制。 但有說法認為在設計周期中采用ECO，大部分屬于偶然。

2.功能性修改： ECO也可能是設計規(guī)范需要進行功能性修改的結果，如果客戶需要附加功能或者應用軟件要求硬件部署該功能，那就有可能需要進行此類修改了。

3.設計問題： 門級模擬(GLS)或類似技術中一些先前的測試芯片的硅結果中可能會出現(xiàn)設計問題。

要在邏輯門里實施ECO，設計人員需要一個最佳解決方案，因為增加額外的門可能導致要再制造基礎層(如激活層、多晶硅層、氮化物層)掩膜，這比互連掩膜的成本高得多。 因此理想的情況是，設計人員會希望只包含使用現(xiàn)有邏輯的邏輯，來減少因再制造產(chǎn)生的成本。

問題陳述：

使用額外的邏輯門來包含ECO，可能會對整個時序及設計的可路由性產(chǎn)生影響，具體來說，當ECO邏輯相當大時，受到影響的模塊實施密度將達到100%。

現(xiàn)行方法：

當前針對該問題所采取的解決方法是在設計的物理合成階段，在每個模塊內(nèi)添加額外的門，因此在執(zhí)行ECO時，現(xiàn)有的備用門在以后可以用來包含設計中的修改。這樣就不必增加更多的邏輯。 但這種方法具有一定的局限性。

現(xiàn)行方法的局限：

1.設計人員不能預測一個模塊的最佳備用門數(shù)量，以避免ECO的中途中止; 例如，假設功能性ECO需要在一個鏈里連接10個緩沖器。 但現(xiàn)有的備用單元模組只有6個緩沖器，由于沒有緩沖器/逆變器(對)所以我們必須重新轉動SoC?；旧希@個局限在于設計人員必須要在一個模塊中放置更多冗余邏輯，或在另一個模塊中備用放置有限的備用門。

2. 規(guī)模過大的ECO必然會違反保持時間并違反設計規(guī)則，例如違反邏輯門的最大過渡或最大驅動強度。 這需要額外的冗余緩沖器來解決保持時間違反問題，或提高DRV易發(fā)生的信號壓擺率性能。

建議的解決方案：

本文欲介紹一款我們可以使用現(xiàn)有布局來省去緩沖器/逆變器(對)的解決方案。

請記住，在備用規(guī)模塊中，可能必須增加冗余的NAND/NOR門和額外的觸發(fā)器/閂鎖，但不一定需要增加冗余的緩沖器和逆變器。

基本上，本文試圖演示一種創(chuàng)新方法，它使用優(yōu)化技術，可從現(xiàn)有布局恢復緩沖器/逆變器邏輯。

算法和偽代碼

圖1： 一個(x1,y1,x2,y2)窗口大小所要實施的基本算法

生成窗口大小的偽代碼：

開頭

x=x1;y=y1;

當 x x2，

y y2時

x’ = x + a, y’ = y + b;

x=x’,y=y’

如果 x > x2 或 y > y2

x=x2, y=y2;

結束

生成的每個窗口坐標用 (x, y, x’, y’)表示

此處a、b需要根據(jù)具體的設計和技術而定。 如果SoC的SoG(Sea of Gates)區(qū)域是 7 mm2 或更大，設計人員在計算窗口大小時需要注意計算的復雜性。

描述：

如上面的流程圖所示，該思路的核心是如何識別非關鍵性的緩沖器(w.r.t時序余量)。 在實施ECO時，我們不可避免地需要使用備用單元模組的緩沖器。 現(xiàn)在，這個緩沖器的放置是比較隨意的，使用它會違反DRV規(guī)則。

例如，我們假設使用BUFX8來驅動5個扇出?？偟娜萘控摵?包括線路和引腳)是200fF?，F(xiàn)在根據(jù)該緩沖器的SPICE特征，任何高于150fF的負荷都會導致不好的輸出壓擺。差的輸出壓擺不僅會違反最大過渡值，而且還會影響扇出驅動電路的時序。

因此，在這種情況下，明智的做法是遵從上面的算法，這樣我們可以進行以下步驟：

1.找出ECO的目標點： 我們應當找出開始點和結束點位置，這是放置緩沖器元件的位置。該位置決定著窗口大小，我們應當在這個窗口里搜索非關鍵性緩沖器/逆變器(對)。

2.決定窗口大?。?這完全由設計人員決定。 他可以根據(jù)技術選擇窗口大小。如果緩沖器能驅動的最大負荷是200fF，那么窗口大小應當相應地進行修改。

3.緩沖器/逆變器(對)的識別： 現(xiàn)在，該算法將在特定窗口上運行，并且嘗試識別已標記位置中出現(xiàn)的所有緩沖器/逆變器(對)。

4.計算時序余量： 一旦緩沖器/逆變器(對)做了標記，算法應嘗試通過這些標準單元找出時序余量。如果這些標準單元對時序很關鍵，那么該緩沖器/逆變器(對)就不需要標記。只要該緩沖器/逆變器(對)保留為標記狀態(tài)，那么取消哪一個都不會對該設計的現(xiàn)有時序情況產(chǎn)生影響。

5.最后一步： 現(xiàn)在，帶標記的緩沖器/逆變器(對)可以用于ECO。

結論

布局優(yōu)化和冗余單元的使用可以幫助設計人員在以后數(shù)百萬個門SOC的設計階段，消化復雜的ECO，同時避免對整個產(chǎn)品的上市時間造成影響。