Teknologia

Full-custom-menetelmä

Yhdeksän vaihetta, joista jokainen lukitaan ennen seuraavan alkua, ja todistusaineisto, jonka asiakas voi lukea.

Milloin se kannattaaKun muutama solutyyppi toistuu hyvin monta kertaa ja vastaa niin suuresta osasta piirin energiaa tai pinta-alaa, että se vaikuttaa koko piiriin.

Milloin sitä käytetään

Valinta tehdään lohko kerrallaan.

Full-custom koskee kriittisiä datapolkulohkoja. Piirin muu osa käyttää tavanomaista työkaluvuota. Se, miten kutakin lohkoa käsitellään, riippuu siitä, mihin sen energia ja pinta-ala todella kuluvat.

Havainnekuva sirusta, värit sen mukaan, miten kukin lohko on rakennettu.
  • Transistoritason suunnittelu

    Tälle piirille suunnitellut solut, joiden layout ja johdotus tehdään transistoritasolla ja jotka paketoidaan karakterisoiduksi lohkoksi. Kriittisille datapolkulohkoille, jotka vastaavat piirin energiasta tai pinta-alasta.

  • Projektikohtaiset solut

    Sopimusvalmistajan kirjasto ja muutama projektia varten tehty solu syntetisoidun logiikan seassa. Lohkoille, jotka hyötyvät muutamasta paremmasta solusta.

  • Synteesi

    Standardisolukirjasto, automaattinen synteesi sekä sijoittelu ja reititys. Ohjauslogiikalle, liitännöille ja piirin muulle osalle sekä vertailukohtana, johon jokaista räätälöityä lohkoa verrataan.

Kytkentäkaavion, layoutin, ekstraktion ja hyväksynnän työkaluja käytetään transistoritason suunnittelun joka vaiheessa.

Miten suunnitelmasta tulee piiri

Transistoritason suunnittelu kannattaa eniten, kun kaikki viisi ehtoa täyttyvät.

  1. Pieni määrä solutyyppejä toistuu hyvin monta kertaa.
  2. Nämä solut vastaavat niin suuresta osasta piirin energiaa tai pinta-alaa, että ne vaikuttavat piiritason mittariin.
  3. Toiminto on niin vakaa, ettei layoutia tehdä uudelleen.
  4. Samalla prosessilla on syntetisoitu vertailukohta mittausta varten.
  5. Projektilla on varaa karakterisointiin ja piikorrelaatioon.

Muissa tapauksissa projektikohtaiset solut tai synteesi ovat yleensä tehokkaampi valinta.

Menetelmä

Yhdeksän vaihetta, joista jokainen lukitaan ennen seuraavaa.

Liukuhihna tallentaa kunkin vaiheen tuloksen rekisteriin, ennen kuin seuraava vaihe saa käyttää sitä. Tämä menetelmä kohtelee todistusaineistoa samalla tavalla. Vaihe päättyy, kun sen todistusaineisto on olemassa ja asiakas voi lukea sen.

  1. Soveltuvuus ja ositus

    Lohko kerrallaan päätetään, mikä saa transistoritason suunnittelun, mikä käyttää projektikohtaisia soluja ja mikä jää syntetisoiduksi, sen perusteella, mihin energia ja pinta-ala todella kuluvat.

    Todistusaineisto, jota asiakas voi odottaa

    • Ositustaulukko, jossa on kunkin lohkon osuus pinta-alasta ja tehosta sekä suunnittelutavan perustelu
    • Syntetisoitu vertailukohta jokaiselle räätälöitäväksi ehdotetulle lohkolle
  2. Arkkitehtuuri ja datapolun määrittely

    Liukuhihnan syvyys, bittiviipalerakenne, kellotus ja käyttöjännitetavoite lukitaan, ennen kuin yhtään solua piirretään.

    Todistusaineisto, jota asiakas voi odottaa

    • Suoritettava referenssimalli ja testivektorit
    • Viive-, energia- ja pinta-alabudjetti kullekin bittiviipaleelle oletuksineen
    • Hyväksyntäkulmien luettelo
  3. Kytkentä- ja solusuunnittelu

    Salvat, kiikut ja summaimet suunnitellaan transistoritasolla, ja ripojen määrät ja kynnystyypit valitaan.

    Todistusaineisto, jota asiakas voi odottaa

    • Kytkentäkaaviot
    • Layoutia edeltävä SPICE eri kulmissa: setup, hold, retentio ja häiriömarginaali
    • Monte Carlo -tilastot
    • Vertailu vastaavaan sopimusvalmistajan kirjastosoluun
  4. Layout sopimusvalmistajan säännöillä

    Solut ja bittiviipaleet piirretään sopimusvalmistajan ruudukko- ja kuviointisääntöjen mukaan, ja nastojen saavutettavuus suunnitellaan reititintä varten.

    Todistusaineisto, jota asiakas voi odottaa

    • Puhtaat DRC-, LVS- ja ERC-lokit työkalu- ja sääntötiedostoversioineen
    • Väritys- ja tiheystulokset
    • Jokainen poikkeus lueteltuna perusteluineen
  5. Ekstraktio ja layoutin jälkeinen simulointi

    Resistanssi ja kapasitanssi ekstrahoidaan todellisesta layoutista ja simuloidaan uudelleen, jotta tulokset kuvaavat layoutia eivätkä kytkentäkaaviota.

    Todistusaineisto, jota asiakas voi odottaa

    • Taulukko viiveen ja energian vertailusta ennen layoutia ja sen jälkeen
    • Käytetyt parasiittikulmat
    • Kirjaus tämän perusteella tehdyistä layoutmuutoksista
  6. Kirjaston karakterisointi ja mallit

    Tuotetaan ajoitus-, teho-, fyysiset ja toiminnalliset näkymät, joita digitaalinen vuo tarvitsee.

    Todistusaineisto, jota asiakas voi odottaa

    • Liberty-tiedostot, joissa on vuon edellyttämä virtalähde- ja vaihteludata
    • LEF-abstrakti ja käyttäytymismalli
    • Laadunvarmistusraportti, jossa malleja verrataan SPICEen, otoskokoineen ja virhejakaumineen
  7. Integrointi kellon ja tehonsyötön kanssa

    Räätälöidyt lohkot sijoitetaan piiriin, ja kello ja tehonsyöttö suunnitellaan niiden ympärille.

    Todistusaineisto, jota asiakas voi odottaa

    • Skew- ja jitter-budjetit sekä tulokset
    • Staattisen ja dynaamisen IR-pudotuksen raportit
    • EM-raportit ilmoitetulla aktiivisuudella ja lämpötilassa
    • Hierarkkinen ajoitus toimitetuilla malleilla
  8. Verifiointi ja hyväksyntä

    Osoitetaan, että kytkentäkaavio toteuttaa RTL-kuvauksen, ja tehdään sitten täysi hyväksyntä sopimusvalmistajan vaatimusten mukaan vaihtelu- ja ikääntymismarginaaleilla.

    Todistusaineisto, jota asiakas voi odottaa

    • RTL-kuvauksen ja kytkentäkaavion vastaavuusraportti, jossa kerrotaan sen laajuus ja rajaukset
    • Ajoitus hyväksyntäkulmissa vaihtelu huomioiden
    • Ikääntymis- ja itselämpenemismarginaalien raportti
    • Allekirjoitettu tape-out-tarkistuslista
  9. Piikorrelaatio

    Todellisia piirejä mitataan, niitä verrataan malleihin, ja erot viedään takaisin kirjastoihin ja marginaaleihin.

    Todistusaineisto, jota asiakas voi odottaa

    • Piirin sisäisten monitorien data
    • Shmoo-kuvaajat ja Vmin-jakaumat kiekoittain ja prosessikulmittain
    • Mitattujen ja mallinnettujen arvojen taulukko otoskokoineen

Piirrokset näyttävät, millaista todistusaineistoa kussakin vaiheessa syntyy. Sopimusvalmistajalta peräisin oleva aineisto jaetaan NDA:n alaisena, jos sopimusvalmistajan sopimus sitä edellyttää.

Mitä olemme tehneet

Kaksi tape-outia TSMC:n 16 nm:n FinFET-prosessilla.

Moniprojektikiekosta täyteen maskisarjaan full-custom-menetelmää sovellettiin todellisilla piireillä.

88ydintä

Moniprojektikiekko (shuttle)

Marraskuu 2018

200ydintä

Täysi maskisarja

Kesäkuu 2019

Käyttöjännite shuttle-näytteillä

Shuttle-näytteet mitattu jännitteellä

0,36 V

Selvästi prosessin nimellisen ydinjännitteen alapuolella.

Laskentaydin oli full-custom-suunniteltu; kunkin piirin muu osa käytti tavanomaista työkaluvuota.

Mitä työ kattoi

  • Räätälöidyt solut

    Laskentaytimessä käytettiin räätälöityjä monibittikiikkuja ja summaimia.

  • Matalan jännitteen kirjastot

    Sopimusvalmistajan solukirjastot karakterisoitiin uudelleen matalalle jännitteelle (uudelleenkarakterisointi).

  • Sijoittelu käsin

    Laskentaydin sijoiteltiin käsin.

  • Sijoittelu reunakkain

    Ytimen alilohkot sijoitettiin reunakkain ilman reunasoluja, ja sijoittelun täyttöaste oli tape-outissa 95 %.

  • Hyväksyntä

    Ajoitus ja IR-pudotus hyväksyttiin useissa kulmissa.

  • Käyttöönotto

    Käyttöönoton teki tiimimme, ja koteloinnissa ja analyysissä oli mukana ulkopuolisia kumppaneita.

Palaute piireistä

Täyden maskisarjan piireistä tehdyt mittaukset syötettiin seuraavaan suunnitelmaan, mikä tarkensi solujen valintaa ja dynaamisen logiikan hold-marginaalia erittäin matalalla jännitteellä.

7 nm ja 6 nm

TSMC Direct Account -asiakkaana meillä on lupa 7 nm:n FinFET-suunnitteluun, ja olemme tehneet johtavalle tekoälyalan asiakkaalle 6 nm:n full-custom-tekoälypiirisuunnittelua.

Prosessisolmut

Immateriaalioikeudet

Patentit ja rekisteröidyt piirimallit

  • CN111308329B

    Kiinalainen keksintöpatentti

    Moniydinpiirien testaus ja luokittelu.

  • CN111294045B

    Kiinalainen keksintöpatentti

    Vaihekohinan vähentäminen varauspumppua käyttävissä vaihelukituissa silmukoissa.

  • BS.185572790BS.195600134

    Rekisteröidyt piirimallit

    Yhtiön nimiin rekisteröidyt integroitujen piirien piirimallit.

Lohko, joka voisi hyötyä tästä?

Lähettäkää sen määrittely ja tieto siitä, mihin sen energia ja pinta-ala kuluvat, niin vastaamme.