在工程的世界里，決定往往源自于深層分析。簡(jiǎn)單的決定可能需要幾天、幾周、甚至幾個(gè)月的縝密研究。不信問下你的工程師朋友，聽聽他(她)在決定買哪臺(tái)攝像機(jī)或筆記本電腦上花了多少時(shí)間，很可能他(她)花在研究產(chǎn)品規(guī)格、閱讀產(chǎn)品評(píng)價(jià)和在商店購(gòu)買產(chǎn)品的時(shí)間要比你所有其他朋友全加起來還要多。令人吃驚的是，這種對(duì)細(xì)節(jié)的重視并不只出現(xiàn)在工程師工作本身，例如：新的簽核時(shí)序工具的質(zhì)量檢驗(yàn)故事。讓我們探討下這一現(xiàn)象的原因所在，描述工程師應(yīng)采用哪些步驟檢驗(yàn)新工具的質(zhì)量。

在理想世界里，設(shè)計(jì)師總是有時(shí)間有專業(yè)知識(shí)來運(yùn)行SPICE級(jí)關(guān)聯(lián)，但事實(shí)上是時(shí)間也不夠、專業(yè)知識(shí)也不足。產(chǎn)品開發(fā)周期總是很短，這讓設(shè)計(jì)師大部分的時(shí)間都要耗在產(chǎn)品開發(fā)上，而且從學(xué)校新鮮出爐的SPICE技經(jīng)過多年數(shù)字設(shè)計(jì)后已逐漸變質(zhì)。依賴于自身所熟悉的知識(shí)，設(shè)計(jì)師可使用其現(xiàn)有靜態(tài)時(shí)序分析工具(STA)作為新工具質(zhì)量檢驗(yàn)的參考。

經(jīng)過15年多的時(shí)間，時(shí)序簽核世界已被Synopsys的PrimeTime (PT)所主宰；不計(jì)其數(shù)的設(shè)計(jì)師通過使用這款工具成功完成了投片，同時(shí)通過這款工具所生產(chǎn)的可用芯片也無法估量。在某種意義上，PrimeTime已成為了作為時(shí)序黃金標(biāo)準(zhǔn)的SPICE的一個(gè)代表。在28及28納米以下工藝節(jié)點(diǎn)，這不是一個(gè)必需做出的安全合理的假設(shè)，許多的工程師正在尋找替代方案。

下一代STA工具對(duì)比PrimeTime的缺陷所在

遺憾的是，新時(shí)序簽核工具的評(píng)估流程并不完善。在多數(shù)情況下，工程師只對(duì)比較新工具與PT感興趣，很少關(guān)心它們的SPICE關(guān)聯(lián)。具體原因有以下幾點(diǎn)：

1. 工程師可能不具備進(jìn)行SPICE關(guān)聯(lián)的專業(yè)知識(shí)；

2. 工程師的確沒時(shí)間進(jìn)行SPICE級(jí)關(guān)聯(lián)；

3. 設(shè)計(jì)通過使用PT成功完成投片已有多年時(shí)間，因此相比PT，新工具想要“足夠好”需具備很高的舒適度。

沒有SPICE關(guān)聯(lián)，工程師更是無從得知其設(shè)計(jì)在芯片中運(yùn)作情況。他們只能假設(shè)，芯片可用就意味著其STA工具是精確的，但事實(shí)上是有幾個(gè)因素可掩蓋住精度差的情況的同時(shí)仍生成可用芯片。動(dòng)態(tài)電壓降容限、同步開關(guān)輸出噪音(SSO)、溫度/電壓和工藝的片上變異(OCV)及用于提取角點(diǎn)的悲觀主義傾向均可形成一個(gè)大型的安全網(wǎng)絡(luò)，完全掩蓋了工具的不精確性。如芯片是在工藝窗口中間制造的話，那么這點(diǎn)就尤為明顯。確保SPICE關(guān)聯(lián)可實(shí)現(xiàn)更小的容限、更少的過度設(shè)計(jì)以及更好的功耗。

與其它時(shí)序器關(guān)聯(lián)勢(shì)必造成許多問題，使得需求難以得到滿足。最明顯的障礙就是中性黃金參考的缺乏以及PT所呈現(xiàn)的基線參考的不斷變化。近年來，“精度”一直讓步于“運(yùn)行時(shí)間”，到最后還是以增加保守性為代價(jià)的前提下做出犧牲以改善運(yùn)行時(shí)間。但即便今天的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)不會(huì)一個(gè)季度一變，但時(shí)序關(guān)聯(lián)仍將是項(xiàng)非常困難的任務(wù)。由于目前的多數(shù)時(shí)序器都是以漸近波形評(píng)估(AWE)為基礎(chǔ)，因此他們?nèi)季哂凶陨磉M(jìn)行串?dāng)_延時(shí)建模的秘密武器(secret sauce)。這也使得在黃金參考為其秘密武器護(hù)航時(shí)也會(huì)有問題存在。此外，為了更精確的關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)師必須以完全相同的方式運(yùn)行這些工具。這些關(guān)聯(lián)變量可分為兩種類型：

控制設(shè)置

控制設(shè)置數(shù)量多、變化大，包括串?dāng)_延時(shí)計(jì)算的干擾源過濾。在這一領(lǐng)域，必須同等設(shè)置的變量有好幾個(gè)，其中包括耦和電容干擾源比率、Vdd焊塊高度百分比和干擾源窗口過濾。此外，關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)重選標(biāo)準(zhǔn)是適當(dāng)比較一個(gè)時(shí)序器與另一個(gè)時(shí)序器的關(guān)鍵。眾所周知，所有時(shí)序器均是在首次時(shí)序窗口融合迭代就具有“生就的保守性”。這會(huì)導(dǎo)致無時(shí)序問題的路徑的匹配難度的提高，因?yàn)樗鼈兊挠?jì)算采用的是保守的啟發(fā)式方式。稍微的不精確性不會(huì)導(dǎo)致路徑失效，但將會(huì)給運(yùn)行時(shí)間帶來顯著影響。

串?dāng)_建模

即便每款工具都采用了其最精確的算法，基于干擾源感應(yīng)噪音沖擊的計(jì)算原理，工具本身仍具有無關(guān)聯(lián)性。當(dāng)受干擾對(duì)象網(wǎng)絡(luò)在單次傳輸中不止一次交叉開關(guān)閾值時(shí)管理延時(shí)計(jì)算就是會(huì)引入錯(cuò)誤的另一個(gè)例子。重點(diǎn)在于：除非所有EDA供應(yīng)商都集中在一起，同意采用串?dāng)_建模算法作為標(biāo)準(zhǔn)算法，否則這些工具將永不可能完全關(guān)聯(lián)在一起。(使用SPICE作為黃金參考？也許。哦，等等，那要做的工作就太多了！)

Tekton作為微捷碼的下一代靜態(tài)時(shí)序分析工具，較PrimeTime和Cadence ETS提供了壓倒性性能優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還致力于與類似SPICE的傳統(tǒng)參考工具的關(guān)聯(lián)。PrimeTime固有的SPICE關(guān)聯(lián)的不確定性以及最多快上5倍的Tekton運(yùn)行時(shí)間已大大降低了“什么是PrimeTime的可接受關(guān)聯(lián)”這一門檻，只要你能解釋清楚異常值。

簽核質(zhì)量檢驗(yàn)

工程師要做些什么來檢驗(yàn)一款新工具的質(zhì)量呢，比如Tekton的“簽核”精確性？歷史和經(jīng)驗(yàn)告訴我們，STA工具間關(guān)聯(lián)將不會(huì)比2-3%的路徑延時(shí)更好。為什么呢？因?yàn)榇蠖鄶?shù)，如非全部的話，供應(yīng)商都會(huì)聲明其工具精度是2-3%的SPICE。SPICE有準(zhǔn)備以某些形式提供給每家供應(yīng)商使用，供應(yīng)商可對(duì)其工具進(jìn)行微調(diào)以配合SPICE要求。如果2-3%的SPICE是在理想狀態(tài)下可獲得的最佳值，那么當(dāng)沒有共享部分時(shí)一家供應(yīng)商的工具與與另一家供應(yīng)商相比可更好上多少呢？好不了太多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，如果你有看到平均和標(biāo)準(zhǔn)偏差值，那么關(guān)聯(lián)情況將會(huì)更好很多。這是因?yàn)槌鼋y(tǒng)計(jì)范圍的異常值的分析工作可以通過使用SPICE級(jí)分析技術(shù)來完成。在這些情況下可以證明的是：在許多場(chǎng)合，甚至PrimeTime都一直是錯(cuò)誤的。

簽核質(zhì)量檢驗(yàn)隨后會(huì)變得更符合單一系列關(guān)聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)。第一步，達(dá)成一個(gè)合理的統(tǒng)計(jì)關(guān)聯(lián)目標(biāo)；所謂一個(gè)合理目標(biāo)是指，它將在目前簽核工具聲明的(SPICE相關(guān)的)同樣錯(cuò)誤范圍之內(nèi)。出于上述已討論過的原因，這可比設(shè)置絕對(duì)精度目標(biāo)更可取得多。例如：當(dāng)目前工具精確性僅在75ps的SPICE以內(nèi)時(shí)，試圖獲得50ps的現(xiàn)有簽核工具時(shí)序關(guān)聯(lián)性就顯得徒勞無功。第二步，查看SPICE相關(guān)的異常值。EDA供應(yīng)商需讓設(shè)計(jì)工程師更容易做到這點(diǎn)。伴隨有路徑上串?dāng)_的SPICE關(guān)聯(lián)至少是項(xiàng)瑣碎煩人的工作。一旦達(dá)成這兩個(gè)步驟，那么多數(shù)工程師將會(huì)有信心在生產(chǎn)中使用新工具進(jìn)行時(shí)序流程中除了最終時(shí)序運(yùn)行以外的每個(gè)部分。以新技術(shù)測(cè)試芯片的首選是采用單一簽核工具，因?yàn)橥ㄟ^在企業(yè)內(nèi)運(yùn)行芯片并控制電壓和溫度可以減輕風(fēng)險(xiǎn)性。芯片成功是最終簽核質(zhì)量檢驗(yàn)和采用的最后一個(gè)步驟。

作為業(yè)界最新一代的STA工具，Tekton將在目前領(lǐng)先的集成器件制造商(IDM)、無晶圓半導(dǎo)體公司和代工廠中吸引新的合約。擁有這個(gè)傾向于與基于SPICE的參考標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較的新合約，這些公司將有信心能夠充分采用和利用Tekton的卓越技術(shù)，包括高性能多線程、并發(fā)多模多角分析以及大量其它功能。

作者：Ruben Molina
微捷碼設(shè)計(jì)實(shí)施業(yè)務(wù)部總監(jiān)