如果这些芯片可以说话：来自路径裕量监视器的可操作见解

当前电子产品最重要的趋势之一是收集和分析大数据，以获得成本、功耗、性能和可靠性方面的优势。这在芯片开发流程中变得越来越普遍。例如，从模拟回归中收集的数据可以帮助调试和达到覆盖率目标。机器学习 （ML） 使用许多通过实现（逻辑综合和布局）工具的结果来优化设计的功耗、性能和面积 （PPA） 特性。现在，在项目的硅前阶段，数据在多个点被挖掘和利用，但直到最近，一旦芯片被制造出来，这个过程就停止了。随着设计人员向硅添加结构，在芯片启动、生产测试和现场最终产品中的部署期间提供反馈，这种情况正在迅速改变。

如果芯片会说话，他们能告诉制造它们的公司什么？首先，数据可能表明芯片可以在降低的电压下运行，同时仍能实现相同的性能。这具有明显而有价值的好处。较低的电压对硅的压力较小，并可能延长产品寿命和可靠性。更少的电力意味着更低的使用最终产品的成本，减少发电和冷却，并减少对环境的影响。片上系统 （SoC） 设计中使用的动态电压和频率调节 （DVFS） 技术提供了更多节能机会。数据分析可以为如何改变电压和时钟速率以优化生产使用中的性能和功耗提供有价值的指导。

来自现场的反馈可能会导致更好的测试模式，以提高制造质量或更有效地分箱零件。来自现场和芯片测试的见解可能会带来更好的故障预测和长期可靠性。这些数据可能会在开发流程中提供更远的好处，改进未来几代芯片的设计变体。来自许多芯片的参数化现场数据可实现更精确的电路模型，这些模型与实际硅更好地相关。芯片可以设计为具有更好的DVFS功能和PPA优化。确实有很多机会使用芯片“传达”的信息来学习和改进。

如今，通过在制造芯片中加入路径裕量监控器（PMM）IP单元，可以获得所有这些优势。PMM 单元在芯片以任务模式运行时，以非侵入式方式提供硅状态的细粒度可观察性。它们测量实际功能路径的延迟，而不会影响任务逻辑的操作。这使得它们与环形振荡器和过程、电压和温度（PVT）监测器完全互补，后者测量环境参数与结构参数。每个PMM单元选择来自功能路径的信号作为其输入。从附近的信号集合中进行选择，可以在多个功能路径之间共享一个PMM。这些路径应具有较高的切换速率，并且类似于关键路径或包含易受时间推移而降级的设备。所选信号被锁存到阴影触发器中，并通过一系列延迟元件馈送。

在延迟链的每个阶段，将路径裕量与阴影触发器进行比较。经过一系列比较后，可以通过检测捕获触发器的故障点来确定裕量。从芯片上的许多路径收集测量值，可以全面了解时序裕量。由于局部热点，芯片的不同区域可能表现不同，并且由于电压和温度变化，单个路径的测量值可能会随着时间的推移而变化。许多芯片的测量显示了工艺变化的影响。所有这些不同的数据都必须在现场收集，在某种中央枢纽中收集，并进行智能分析，以获得前面提到的那种见解和优化。将路径裕量数据与其他类别的传感器（如环境或功能传感器）相结合，可以打开一个用例领域。

Synopsys SiliconMAX 硅生命周期管理 （SLM） 平台具备提供 PMM 解决方案的所有功能。其中包括 SiliconMAX 路径裕量监控 IP，用于测量测试或现场真实路径的时序裕量，以及 Synopsys SiliconDash，用于在云中执行分析并根据收集的数据提供见解。该解决方案提供了多种功能，可自动使用 PMM IP，并将其用于芯片开发、测试和现场。在PMM插入过程中，PMM单元被系统地放置在芯片上，以精细的物理分辨率精确捕获硅的状态。该流程还插入了一个 PMM 控制器来管理多组 PMM 单元的配置和数据收集，并为配置和结果添加内部存储器存储。控制器具有扫描链桥、用于芯片测试期间访问的 IEEE 1500 接口和用于现场访问的 APB 接口。

对芯片内的运营利润有更大的可见性和洞察力，这有巨大的好处。在先进的技术节点上，设备之间和模具之间的工艺差异增加。此外，随着导线电阻和晶体管特性随着时间的推移而变化，老化正成为一个主要的可靠性问题。深入了解硅是监控和跟踪技术和老化对时序裕量影响的唯一方法。路径裕量监控方法是一种成熟的方法，可根据实际可用裕量最大限度地提高性能和功耗。

审核编辑：郭婷