平衡高级节点时序签核的性能和准确性的挑战

随着流程节点的缩小，复杂性、成本和整体风险也在增加。曾经可以接受的工艺可变性现在随着工作电压的降低而成为一个关键项目。简单地增加设计裕量会使芯片失去竞争力。曾经被忽视的物理效应现在也变得至关重要。互连的影响不能再基于简单的电路拓扑进行建模。布局工具必须具有时序感知能力，时序分析工具必须能够识别布局。

为高级工艺节点构建、操作和提供所有必需的建模和基础设施所需的工作量也呈爆炸式增长。如下图所示，随着工艺节点的发展，能够有效满足所有这些需求的代工厂数量大幅减少。

晶圆厂数量大幅减少。

在这种高成本和高风险设计的背景下，EDA软件必须提供所需的精度。此外，由于涉及巨大的时间和成本压力，这些工具必须以合理的运行时间和计算资源完成工作。此过程中最关键的步骤之一是时序签核。人们始终非常关注密度和功耗优化，但除非满足时序要求，否则设计将无法成功实现其预期应用。现在让我们来看看 Synopsys PrimeTime 解决方案使用的一些技术，这些技术在性能和准确性之间取得适当的平衡，以满足高级节点时序签核的需求。

片上参数变化
从历史上看，如果芯片在“慢”角和“快速”角通过时序，则时序被视为闭合。今天，有太多的时序变量，时序裕量太紧，这样的方法行不通。相反，使用依赖于延迟/过渡/约束变化建模的统计延迟分布方法。参数片上变异 （POCV） 技术使用存储为统计量的值，并且分布通过分析作为独立的随机变量传播。

为了支持提高精度，包含早期/晚期格式以及矩格式的标准 Liberty 变体格式 （LVF） 与 PrimeTime LVF 流一起使用。矩格式支持非对称或非高斯分布，包括统计矩（标准差、偏度和非中心平均值）。这有助于增强 Synopsys IC Compiler II 解决方案与 PrimeTime 之间的时序相关性。例如，在以 <5.0 V 工作电压运行的 5 nm 技术的 PrimeTime 与 SPICE 相关性研究中，PrimeTime 能够使用矩格式实现与 SPICE 的 1.6% 标准偏差的相关性。

互连变化建模
在高级节点，小区延迟/变异裕度继续缩小。为了提高精度，对西格玛的局部变化和降额因子的全局变化（对于金属）进行了建模。这些降额系数包括电阻因数和电容因数。在被认为是局部通孔变化的情况下，建模使用一个单独的文件进行，该文件为每个通孔层提供每个区域的标准偏差。

多输入切换 对于传统的多输入切换
（MIS），系数用于模拟这些效应。对于高级节点，此近似值被分解。先进的MIS技术根据每个输入的摆动/负载/偏斜计算影响，并支持大多数组合单元。与不太准确的MIS模型相比，这种方法与SPICE的相关性有所提高。借助PrimeTime先进的MIS技术，建模已经证明，与SPICE模型相比，使用该技术产生的波形可以达到1%以内。

提高性能
基于路径的分析 （PBA） 已成为基于图形的分析 （GBA） 的高精度替代方案，因此效率有所提高，悲观情绪也降低了。PBA 的增强功能包括穷举 PBA 和无限模式穷举 PBA，后者利用具有智能路径过滤技术和缓存的大规模多线程。PBA 的最新创新之一是基于图形的优化，通过对时序图的关键区域进行密集的重新分析，将 PBA 运行时间提高了 2 到 5 倍。

集成机器学习
机器学习 （ML） 技术可用于生成自己的训练数据并动态学习。这种方法维护成本低，因为它不需要外部培训或额外资源。ML 算法平衡运行时与准确性作为总负松弛 （TNS） 的函数。在更高级别的 TNS 中，基于 ML 路径的分析方法将运行时间大幅缩短了 2 倍到 5 倍。当设计接近签核时，ML PBA 运行时会收敛到穷举 PBA 运行时，并且通过构造完全安全签核。PrimeTime还提供这种基于ML的技术，以提供功率恢复加速，从而将电力ECO操作提高多达4倍。

同步多电压 同步多电压
（SMV） 是 PrimeTime 中使用的一种技术，可实现单次运行动态电压和频率缩放 （DVFS） 跨域分析。这大大加快了对具有各种电压电平和时钟频率的设计的分析速度。例如，在具有五个电压电平和五个时钟频率的典型分析中，将运行 25 个角。使用SMV，这些弯道将在一次运行中完成。

快速感知 ECO 的流程规则 由于 ECO 可以大大增加设计周期，因此执行迭代次数较少的 ECO
会对进度产生重大影响。借助更具物理意识的 ECO 流程，实现 ECO 闭合所需的放置和路径工具所需的迭代次数更少。PrimeTime 使用路由感知 ECO 流程，具有电网感知、引脚访问驱动和引脚跟踪对齐功能。对于 7nm 及以下，还有其他功能可确保 ECO 闭合，包括通过梯形图支持、点接触规则支持和上下文感知泄漏。

用户界面 图形用户界面
（GUI） 的可用性对任何 EDA 工具的整体生产力都有很大的影响。PrimeTime的ECO GUI支持完整的签核驱动的物理/布局编辑，其中包括全芯片容量密度图，可用于分析ECO的影响。这种方法允许交互式 ECO 编辑，因为设计中的编辑和 ECO GUI 中的移动单元格会提供有关性能变化的即时反馈。

审核编辑：郭婷