Technologie

Full-Custom-Methodik

Neun Stufen, jede gelatcht, bevor die nächste beginnt, mit Nachweisen, die ein Kunde lesen kann.

Wo es sich lohntWo sich wenige Zelltypen sehr oft wiederholen und so viel von der Energie oder Fläche eines Chips ausmachen, dass es sich auf den ganzen Chip auswirkt.

Wann sie sich eignet

Eine Entscheidung für jeden einzelnen Block.

Full-Custom gilt für die kritischen Datenpfadblöcke. Der Rest eines Chips nutzt einen Standard-Tool-Flow. Welcher Block welche Behandlung erhält, hängt davon ab, wohin seine Energie und seine Fläche tatsächlich gehen.

Illustration eines Dies, eingefärbt danach, wie jeder Block aufgebaut ist.
  • Design auf Transistorebene

    Für diesen Chip entworfene Zellen, mit Layout und Verdrahtung auf Transistorebene, gekapselt als charakterisierter Block. Für die kritischen Datenpfadblöcke, die die Energie oder Fläche des Chips ausmachen.

  • Projektspezifische Zellen

    Eine Foundry-Bibliothek plus einige für das Projekt erstellte Zellen, gemischt mit synthetisierter Logik. Für Blöcke, die von einigen besseren Zellen profitieren.

  • Synthese

    Eine Standardzellbibliothek mit automatisierter Synthese und Place-and-Route. Für Steuerlogik, Schnittstellen und den Rest des Chips sowie als Referenz, an der jeder Custom-Block gemessen wird.

Tools für Schaltplan, Layout, Extraktion und Sign-off laufen bei jedem Schritt des Designs auf Transistorebene.

Wie aus einem Design ein Chip wird

Design auf Transistorebene lohnt sich am meisten, wenn alle fünf Punkte zutreffen.

  1. Eine kleine Zahl von Zelltypen wiederholt sich sehr häufig.
  2. Diese Zellen machen so viel von der Energie oder Fläche des Chips aus, dass sich die Kennzahl auf Chipebene ändert.
  3. Die Funktion ist so stabil, dass das Layout nicht neu erstellt wird.
  4. Es gibt eine synthetisierte Referenz im selben Prozess, an der gemessen werden kann.
  5. Das Projekt kann sich Charakterisierung und Silizium-Korrelation leisten.

In anderen Fällen sind projektspezifische Zellen oder Synthese meist die effizientere Wahl.

Die Methode

Neun Stufen, jede gelatcht vor der nächsten.

Eine Pipeline speichert das Ergebnis jeder Stufe in einem Register, bevor die nächste Stufe es verwenden darf. Diese Methode behandelt Nachweise genauso. Eine Stufe ist abgeschlossen, wenn ihre Nachweise vorliegen und ein Kunde sie lesen kann.

  1. Eignung und Partitionierung

    Block für Block entscheiden, was auf Transistorebene entworfen wird, was projektspezifische Zellen nutzt und was synthetisiert bleibt, je nachdem, wohin Energie und Fläche tatsächlich gehen.

    Nachweise, die ein Kunde erwarten sollte

    • Eine Partitionierungstabelle mit dem Flächen- und Leistungsanteil jedes Blocks und der Begründung für seinen Designstil
    • Eine synthetisierte Referenz für jeden als Custom vorgeschlagenen Block
  2. Architektur und Datenpfaddefinition

    Pipeline-Tiefe, Bit-Slice-Struktur, Taktschema und Versorgungsziel festlegen, bevor eine Zelle gezeichnet wird.

    Nachweise, die ein Kunde erwarten sollte

    • Ein ausführbares Referenzmodell und Testvektoren
    • Ein Budget für Verzögerung, Energie und Fläche je Bit-Slice, mit offengelegten Annahmen
    • Die Liste der Sign-off-Corners
  3. Schaltungs- und Zelldesign

    Latches, Flipflops und Addierer auf Transistorebene entwerfen und dabei Finnenzahl und Schwellspannungstypen wählen.

    Nachweise, die ein Kunde erwarten sollte

    • Schaltpläne
    • Pre-Layout-SPICE über die Corners, mit Setup, Hold, Retention und Störabstand
    • Monte-Carlo-Statistiken
    • Ein Vergleich mit der entsprechenden Zelle der Foundry-Bibliothek
  4. Layout nach Foundry-Regeln

    Zellen und Bit-Slices nach dem Raster und den Patterning-Regeln der Foundry zeichnen, mit für den Router geplantem Pin-Zugang.

    Nachweise, die ein Kunde erwarten sollte

    • Fehlerfreie DRC-, LVS- und ERC-Protokolle, mit Tool- und Deck-Versionen
    • Ergebnisse zu Coloring und Dichte
    • Jeder Waiver aufgeführt, mit Begründung
  5. Extraktion und Post-Layout-Simulation

    Widerstand und Kapazität aus dem realen Layout extrahieren und erneut simulieren, damit die Ergebnisse das Layout abbilden und nicht den Schaltplan.

    Nachweise, die ein Kunde erwarten sollte

    • Eine Tabelle Pre-Layout gegen Post-Layout für Verzögerung und Energie
    • Die verwendeten Parasitik-Corners
    • Ein Protokoll der daraufhin vorgenommenen Layoutänderungen
  6. Bibliothekscharakterisierung und Modelle

    Die Views für Timing, Leistungsaufnahme, physische Daten und Funktion erzeugen, die ein digitaler Flow braucht.

    Nachweise, die ein Kunde erwarten sollte

    • Liberty-Dateien mit den Stromquellen- und Variationsdaten, die der Flow benötigt
    • Ein LEF-Abstract und ein Verhaltensmodell
    • Ein QA-Bericht, der die Modelle mit SPICE vergleicht, mit Stichprobengröße und Fehlerverteilung
  7. Integration mit Takt und Versorgung

    Die Custom-Blöcke im Chip platzieren und Taktverteilung und Stromversorgung um sie herum entwerfen.

    Nachweise, die ein Kunde erwarten sollte

    • Skew- und Jitter-Budgets und -Ergebnisse
    • Berichte zum statischen und dynamischen IR-Drop
    • EM-Berichte bei angegebener Aktivität und Temperatur
    • Hierarchisches Timing mit den gelieferten Modellen
  8. Verifikation und Sign-off

    Zeigen, dass der Schaltplan das RTL umsetzt, dann den vollständigen Foundry-Sign-off mit Margen für Variation und Alterung durchführen.

    Nachweise, die ein Kunde erwarten sollte

    • Ein Äquivalenzbericht zwischen RTL und Schaltplan, mit Umfang und Ausschlüssen
    • Timing an den Sign-off-Corners, mit Variation
    • Ein Bericht zu den Margen für Alterung und Selbsterwärmung
    • Eine unterzeichnete Tape-out-Checkliste
  9. Silizium-Korrelation

    Echtes Silizium messen, es mit den Modellen vergleichen und die Abweichungen in die Bibliotheken und Margen zurückführen.

    Nachweise, die ein Kunde erwarten sollte

    • Daten von On-Chip-Monitoren
    • Shmoo-Plots und Vmin-Verteilungen über Wafer und Prozess-Corners hinweg
    • Eine Tabelle gemessen gegen modelliert, mit Stichprobengröße

Die Zeichnungen zeigen die Art der Nachweise auf jeder Stufe. Von der Foundry abgeleitete Nachweise werden unter NDA weitergegeben, wenn die Vereinbarung mit der Foundry das verlangt.

Was wir gemacht haben

Zwei Tape-outs für TSMCs FinFET-Prozess in 16 nm.

Vom Multi-Projekt-Wafer bis zum vollständigen Maskensatz wurde die Full-Custom-Methode auf echtem Silizium angewendet.

88Kerne

Multi-Projekt-Wafer (Shuttle)

November 2018

200Kerne

Vollständiger Maskensatz

Juni 2019

Betriebsspannung der Shuttle-Muster

Shuttle-Muster gemessen bei

0,36 V

Deutlich unter der nominalen Kernspannung des Prozesses.

Der Rechenkern war Full-Custom; der Rest jedes Chips nutzte einen Standard-Tool-Flow.

Was die Arbeit umfasste

  • Custom-Zellen

    Im Rechenkern kamen Custom-Multi-Bit-Flipflops und -Addierer zum Einsatz.

  • Niederspannungsbibliotheken

    Zellbibliotheken der Foundry wurden für Niederspannung neu charakterisiert.

  • Handplatzierung

    Der Rechenkern wurde von Hand platziert.

  • Abutment

    Teilblöcke des Kerns wurden ohne Randzellen aneinandergefügt, bei 95 % Platzierungsauslastung beim Tape-out.

  • Sign-off

    Timing und IR-Drop wurden über mehrere Corners freigegeben.

  • Inbetriebnahme

    Die Inbetriebnahme erfolgte durch unser Team, mit externen Partnern für Packaging und Analyse.

Silizium-Feedback

Messungen am Full-Mask-Silizium flossen in das Folgedesign ein und verfeinerten die Zellauswahl und die Hold-Marge für dynamische Logik bei extrem niedriger Spannung.

7 nm und 6 nm

Als Direktkunde von TSMC sind wir für FinFET-Design in 7 nm autorisiert und haben für einen führenden KI-Kunden Full-Custom-KI-Chipdesign in 6 nm durchgeführt.

Prozessknoten

Geistiges Eigentum

Patente und eingetragene Layout-Designs

  • CN111308329B

    Chinesisches Erfindungspatent

    Test und Binning von Many-Core-Chips.

  • CN111294045B

    Chinesisches Erfindungspatent

    Verringerung des Phasenrauschens in Phasenregelschleifen mit Ladungspumpe.

  • BS.185572790BS.195600134

    Eingetragene Layout-Designs

    Layouts integrierter Schaltungen, eingetragen auf den Namen des Unternehmens.

Ein Block, bei dem es sich lohnen könnte?

Senden Sie uns seine Spezifikation und die Angabe, wohin seine Energie und Fläche gehen, und wir melden uns.