IC库酝酿变革,以应对工艺变化

如果IC库开发不能进一步提高精度和一致性,芯片设计向65nm和45nm节点的转移将出现危机。“在目前的工艺复杂度下,模型不能正确工作,因为它们太简单了。”飞利浦半导体公司的顾问Mike Shields表示。

这促使一批大型电子OEM厂商试图重塑IC库的开发。一个目标是响应Shields及许多其他人士的呼声:“模型中需要包括大量更多的统计信息。”Si2组织旗下的库工作小组对此进行了不懈努力,不久将公开其工作成果。该小组是去年成立的,包括来自Freescale、IBM、惠普、Intel、LSI Logic、飞利浦以及太阳微系统等公司的代表。

该小组的目标不仅是库数据格式,还有建模和表征化过程。它建议开发参考流程,使生产的库能够反应工艺变化,支持统计时序分析,并提供更精确的漏电、总功率和噪声数据。

“这是一件令人兴奋的大事。”Si2总裁Steve Schulz表示,“从某种意义上来说,库、建模和表征化是整个半导体工业的基石。”

“伴随着更小的工艺节点,我们可以看到的问题之一是工艺变化。”IBM技术与服务事业部业务开发总监兼首席技术官Dale Hoffman表示,“在当前的模型与库表征方式下,为工艺变化建模并充分地捕获它们是很难的。”

虽然IBM已经开发出了一些非常成熟的芯片建模方法,但仍希望看到整个产业在这一领域的进步。“如果各种不同的为库建模的方法被公开并得到标准化,那么每个人都将受益,而且这才能真正代表最先进的设计和工艺的特征和性能。”Hoffman说。

Intel同样面临工艺变化、统计技术以及纳米级设计所带来的“数据爆炸”方面的挑战。“虽然我们有自己的应对之道,但我们非常希望看到整个业界为此作出努力。”Intel公司EDA业务总监Rahul Goyal表示。

这项新的努力被有些人称为开放建模联盟(OMC)。目标参与者包括集成器件制造商(IDM)、芯片代工厂、EDA供应商、终端用户企业以及IP和库供应商。新思、Magma设计自动化公司、IBM和Cadence设计系统公司都对该联盟做出了初步的技术贡献。

图1:库格式遭受的遣责:一份Si2的
调查报告列举了人们对目前库格式
的建议和抱怨。

OpenAccess联盟很可能成为库联盟的榜样,Schulz表示。

虽然库联盟代表中已经有一些全球最大的IDM,但争取纯代工厂的加入非常重要。Si2已经与台积电和其它代工厂进行了深入讨论,不过目前还没有发布任何信息。

不确定的时代

毫无疑问,亚90nm尺寸会在工艺流程中引入许多不确定因素。正如美国加州电子设计工艺(EDP)工作室所指出的,IC对工艺变化越来越敏感,因为工艺变化影响到关键尺寸、沟道宽度、互连和电压门限等。另外,供电电压和时钟偏移的变化也变得越来越突出。

互连厚度和宽度的不一致以及由工艺、温度和电压波动导致的单元变化会影响芯片功率和性能。芯片设计师可以采用传统的最小/最大状况分析法来处理其中的一些因素,而其它一些因素将需要统计分析法才能避免过多的保护频带(guardband)。

统计时序分析能够根据工艺变化提供概率分布,其作为一种可行的解决方案正受到人们越来越多的关注。但仍有一个尚未解决的大问题:各家公司如何才能提供驱动统计时序分析所需的工艺信息？这也是Si2库工作小组成员们正在考虑解决的问题。

“当我们考虑准备如何使用统计时序分析时,我们需要更成熟的为工艺变化建模的方法。”IBM公司的Hoffman指出。

除此之外,统计时序还有其它一些要求,例如支持时延、功率和信号完整性分析、多电压库、电迁移以及温度变化等。90nm以下设计中漏电流的建模也将非常重要,Hoffman提醒道。

电流源建模据说要比传统的电压建模更精确,因此在向该联盟贡献的技术中占据优先地位。新思公司贡献了它的复合电流源(CCS)模型的扩展版本。另外,Cadence公司已经贡献了其有效电流源模型(ECSM)的格式扩展。

新思公司还贡献了来自其Star-MTB库特征化工具(最早是Avanti开发的)的API以及使用其开放源码Liberty库格式的解析器和二进制数据库。新思非常支持Si2库小组的工作,新思公司战略联盟总监Kevin Kranen表示。

IBM贡献了一个时延计算语言(DCL)格式编译器、一个可以为延时方程式提供曲线的模型发生器以及一个可以用于IP创建的提取器,Hoffman透露道。

Magma公司正在选择准备贡献的技术,Magma公司硅签字确认(Signoff)业务部总经理Suk Lee透露说,“Magma公司相信Si2的开放建模联盟在推进先进的非专有建模标准方面处于无可替代的独特地位。”

有一点需要澄清的是,Si2的工作绝不仅仅是发明一种新的库数据格式,Schulz表示。

“大家已经看到有许多库格式是昙花一现,因此重要的是要有远见。”Schulz说。

库工作组已经收到许多建议,它们可以分成两类,Schulz说。第一类建议与库和设计工具之间的接口有关,此时库格式是重要因素。第二类建议致力于解决生成精确的库时遇到的更困难的问题。

“表征化过程将造成数据爆炸问题,因此我们需要从模型的精度和灵活性角度出发用更好的方法来管理这种复杂性。”Schulz说。他还表示,模型应包含必须映射到实际物理器件的方程式。

解决之道是找到更自动化的方法来完成这项任务。一种可行的方法是“库生成参考环境”,其中包括一个到表征化系统的标准接口、用于单元的模型生成子系统、IP宏模块生成和基线模型。

“基本上这只是一个起点,用户可以进一步加以扩展或修改。”库工作组主席、IBM库建模高级技术师John Beatty说,“用户可以表征他自己的库,并将原始信息转换成库表达式,然后再编译成与实际应用中数据模型规定接口紧密相关的数据。”

作者:葛立伟