Teknologi

Full-custom-metodik

Ni faser, hver låst, før den næste begynder, med dokumentation, som en kunde kan læse.

Hvor det betaler sigHvor nogle få celletyper gentages meget mange gange og står for nok af en chips energi eller areal til at gøre en forskel for hele chippen.

Hvornår den skal bruges

Et valg, der træffes blok for blok.

Full-custom gælder de kritiske datavejsblokke. Resten af en chip bruger et standardværktøjsflow. Hvilken behandling hver blok får, afhænger af, hvor dens energi og areal faktisk går hen.

En illustration af en die, farvelagt efter, hvordan hver blok er bygget.
  • Design på transistorniveau

    Celler designet til denne chip, med layout og ledningsføring på transistorniveau, pakket som en karakteriseret blok. Til de kritiske datavejsblokke, der står for chippens energi eller areal.

  • Projektspecifikke celler

    Et foundrybibliotek plus nogle få celler lavet til projektet, blandet med syntetiseret logik. Til blokke, der vinder ved nogle få bedre celler.

  • Syntese

    Et standardcellebibliotek med automatiseret syntese samt placering og routing. Til kontrollogik, grænseflader og resten af chippen og som den baseline, hver skræddersyet blok måles mod.

Værktøjer til kredsløbsdiagram, layout, ekstraktion og sign-off kører i hvert trin af design på transistorniveau.

Hvordan et design bliver til en chip

Design på transistorniveau betaler sig mest, når alle fem er opfyldt.

  1. Et lille antal celletyper gentages et meget stort antal gange.
  2. Disse celler står for nok af chippens energi eller areal til at flytte måltallet på chipniveau.
  3. Funktionen er så stabil, at layoutet ikke kommer til at blive lavet om.
  4. Der findes en syntetiseret baseline på samme proces at måle mod.
  5. Projektet har råd til karakterisering og siliciumkorrelation.

I andre tilfælde er projektspecifikke celler eller syntese som regel det mest effektive valg.

Metoden

Ni faser, hver låst før den næste.

En pipeline gemmer hver fases resultat i et register, før den næste fase må bruge det. Denne metode behandler dokumentation på samme måde. En fase afsluttes, når dens dokumentation findes, og en kunde kan læse den.

  1. Egnethed og partitionering

    Afgør blok for blok, hvad der får design på transistorniveau, hvad der bruger projektspecifikke celler, og hvad der forbliver syntetiseret, ud fra, hvor energi og areal faktisk går hen.

    Dokumentation, en kunde bør forvente

    • En partitionstabel med hver bloks andel af areal og effekt og begrundelsen for dens designstil
    • En syntetiseret baseline for hver blok, der foreslås som skræddersyet
  2. Arkitektur og definition af datavej

    Fastlæg pipelinedybde, bit-slice-struktur, clockskema og mål for forsyningsspænding, før nogen celle tegnes.

    Dokumentation, en kunde bør forvente

    • En kørbar referencemodel og testvektorer
    • Et budget for forsinkelse, energi og areal for hver bit slice, med forudsætningerne angivet
    • Listen over sign-off-hjørner
  3. Kredsløbs- og celledesign

    Design latches, flip-flops og addere på transistorniveau, og vælg antal finner og tærskeltyper.

    Dokumentation, en kunde bør forvente

    • Kredsløbsdiagrammer
    • SPICE før layout på tværs af hjørner, med setup, hold, retention og støjmargen
    • Monte Carlo-statistik
    • En sammenligning med den tilsvarende celle i foundrybiblioteket
  4. Layout efter foundryens regler

    Tegn celler og bit slices efter foundryens gitter og mønstringsregler, med pinadgang planlagt til routeren.

    Dokumentation, en kunde bør forvente

    • Fejlfrie DRC-, LVS- og ERC-logs med værktøjs- og regelfilversioner
    • Resultater for farvelægning og tæthed
    • Hver undtagelse opført med begrundelse
  5. Ekstraktion og simulering efter layout

    Træk modstand og kapacitans ud af det faktiske layout, og simulér igen, så resultaterne afspejler layoutet og ikke kredsløbsdiagrammet.

    Dokumentation, en kunde bør forvente

    • En tabel, der sammenligner forsinkelse og energi før og efter layout
    • De parasitiske hjørner, der blev brugt
    • En oversigt over de layoutændringer, der blev foretaget som følge heraf
  6. Bibliotekskarakterisering og modeller

    Lav de timing-, effekt-, fysiske og funktionelle views, som et digitalt flow har brug for.

    Dokumentation, en kunde bør forvente

    • Liberty-filer med de strømkilde- og variationsdata, flowet kræver
    • Et LEF-abstrakt og en adfærdsmodel
    • En QA-rapport, der sammenligner modellerne med SPICE, med stikprøvestørrelse og fejlfordeling
  7. Integration med clock og strømforsyning

    Placer de skræddersyede blokke i chippen, og design clock og strømforsyning omkring dem.

    Dokumentation, en kunde bør forvente

    • Budgetter og resultater for skew og jitter
    • Rapporter om statisk og dynamisk IR-drop
    • EM-rapporter ved angivet aktivitet og temperatur
    • Hierarkisk timing med de leverede modeller
  8. Verifikation og sign-off

    Vis, at kredsløbsdiagrammet implementerer RTL'en, og kør derefter fuldt sign-off efter foundryens krav, med margener for variation og ældning.

    Dokumentation, en kunde bør forvente

    • En ækvivalensrapport mellem RTL og kredsløbsdiagram med omfang og undtagelser
    • Timing ved sign-off-hjørnerne, med variation
    • En margenrapport for ældning og selvopvarmning
    • En underskrevet tjekliste for tape-out
  9. Siliciumkorrelation

    Mål faktiske chips, sammenlign dem med modellerne, og før forskellene tilbage til bibliotekerne og margenerne.

    Dokumentation, en kunde bør forvente

    • Data fra monitorer på chippen
    • Shmoo-plots og Vmin-fordelinger på tværs af wafere og proceshjørner
    • En tabel, der sammenligner målt med modelleret, med stikprøvestørrelse

Tegningerne viser, hvilken slags dokumentation hver fase giver. Dokumentation, der stammer fra foundryen, deles under NDA, hvor foundryens aftale kræver det.

Hvad vi har gjort

To tape-outs på TSMC 16 nm FinFET.

Fra en multiprojektwafer til et fuldt maskesæt blev full-custom-metoden anvendt på rigtige chips.

88kerner

Multiprojektwafer (shuttle)

November 2018

200kerner

Fuldt maskesæt

Juni 2019

Driftsspænding på prøverne fra shuttlen

Prøver fra shuttlen målt ved

0,36 V

Et godt stykke under processens nominelle kernespænding.

Beregningskernen var full-custom; resten af hver chip brugte et standardværktøjsflow.

Hvad arbejdet omfattede

  • Skræddersyede celler

    Skræddersyede multibit-flip-flops og addere blev brugt i beregningskernen.

  • Lavspændingsbiblioteker

    Foundryens cellebiblioteker blev karakteriseret på ny til lav spænding (genkarakterisering).

  • Håndplacering

    Beregningskernen blev placeret i hånden.

  • Kant mod kant

    Kernens delblokke blev placeret kant mod kant uden grænseceller, med 95 % udnyttelsesgrad i placeringen ved tape-out.

  • Sign-off

    Timing og IR-drop blev godkendt på tværs af flere hjørner.

  • Bring-up

    Bring-up blev udført af vores team, med eksterne partnere til kapsling og analyse.

Feedback fra chips

Målinger på chips fra det fulde maskesæt indgik i det efterfølgende design og forfinede valget af celler og hold-margenen for dynamisk logik ved ultralav spænding.

7 nm og 6 nm

Med direkte konto hos TSMC har vi tilladelse til design på 7 nm FinFET og har udført full-custom AI-chipdesign på 6 nm for en førende AI-kunde.

Procesnoder

Immaterielle rettigheder

Patenter og registrerede layoutdesign

  • CN111308329B

    Kinesisk opfindelsespatent

    Test og sortering af chips med mange kerner.

  • CN111294045B

    Kinesisk opfindelsespatent

    Reduktion af fasestøj i faselåste sløjfer med ladepumpe.

  • BS.185572790BS.195600134

    Registrerede layoutdesign

    Layouts af integrerede kredsløb, registreret i virksomhedens navn.

En blok, der kunne have gavn af det?

Send dens specifikation, og hvor dens energi og areal går hen, så vender vi tilbage.