Tecnologia

Metodologia full-custom

Nove fasi, ciascuna registrata prima che inizi la successiva, con evidenze che il cliente può leggere.

Dove convieneDove pochi tipi di cella si ripetono un numero molto elevato di volte e concentrano abbastanza energia o area da incidere sull'intero chip.

Quando usarla

Una scelta fatta blocco per blocco.

La progettazione full-custom si applica ai blocchi critici del datapath. Il resto del chip usa un flusso di strumenti standard. Il trattamento di ogni blocco dipende da dove vanno realmente la sua energia e la sua area.

Illustrazione di un die, colorato in base a come è costruito ogni blocco.
  • Progettazione a livello di transistor

    Celle progettate per questo chip, con layout e interconnessioni a livello di transistor, raccolte in un blocco caratterizzato. Per i blocchi critici del datapath che concentrano l'energia o l'area del chip.

  • Celle specifiche del progetto

    Una libreria di fonderia più alcune celle realizzate per il progetto, mescolate alla logica sintetizzata. Per i blocchi che traggono vantaggio da alcune celle migliori.

  • Sintesi

    Una libreria di celle standard con sintesi automatica e piazzamento e routing. Per la logica di controllo, le interfacce e il resto del chip, e come riferimento con cui si confronta ogni blocco su misura.

Gli strumenti di schema elettrico, layout, estrazione e sign-off vengono usati a ogni passo della progettazione a livello di transistor.

Come un progetto arriva al silicio

La progettazione a livello di transistor rende di più quando valgono tutte e cinque le condizioni.

  1. Un numero ridotto di tipi di cella si ripete un numero molto elevato di volte.
  2. Queste celle concentrano abbastanza energia o area del chip da incidere sulla metrica a livello di chip.
  3. La funzione è abbastanza stabile da non dover rifare il layout.
  4. Esiste un riferimento sintetizzato sullo stesso processo con cui fare il confronto.
  5. Il progetto può permettersi la caratterizzazione e la correlazione con il silicio.

Negli altri casi, le celle specifiche del progetto o la sintesi sono di solito la scelta più efficiente.

Il metodo

Nove fasi, ciascuna registrata prima della successiva.

Una pipeline salva il risultato di ogni stadio in un registro prima che lo stadio successivo possa usarlo. Questo metodo tratta le evidenze allo stesso modo. Una fase si chiude quando le sue evidenze esistono e il cliente può leggerle.

  1. Idoneità e partizionamento

    Decidere blocco per blocco che cosa riceve una progettazione a livello di transistor, che cosa usa celle specifiche del progetto e che cosa resta sintetizzato, in base a dove vanno realmente energia e area.

    Evidenze che il cliente dovrebbe aspettarsi

    • Una tabella di partizionamento con la quota di area e potenza di ogni blocco e il motivo del suo stile di progettazione
    • Un riferimento sintetizzato per ogni blocco proposto per la progettazione su misura
  2. Definizione di architettura e datapath

    Fissare la profondità della pipeline, la struttura bit-slice, lo schema di clock e l'obiettivo di alimentazione prima di disegnare qualsiasi cella.

    Evidenze che il cliente dovrebbe aspettarsi

    • Un modello di riferimento eseguibile e vettori di test
    • Un budget di ritardo, energia e area per ogni bit slice, con le ipotesi dichiarate
    • L'elenco dei corner di sign-off
  3. Progettazione di circuiti e celle

    Progettare latch, flip-flop e sommatori a livello di transistor, scegliendo il numero di alette e i tipi di soglia.

    Evidenze che il cliente dovrebbe aspettarsi

    • Schemi elettrici
    • SPICE pre-layout su tutti i corner, con setup, hold, ritenzione e margine di rumore
    • Statistiche Monte Carlo
    • Un confronto con la cella equivalente della libreria di fonderia
  4. Layout secondo le regole della fonderia

    Disegnare celle e bit slice sulla griglia e secondo le regole di patterning della fonderia, con l'accesso ai pin pianificato per il router.

    Evidenze che il cliente dovrebbe aspettarsi

    • Log DRC, LVS ed ERC puliti, con le versioni di strumenti e deck
    • Risultati di colorazione e densità
    • Ogni waiver elencato, con la sua motivazione
  5. Estrazione e simulazione post-layout

    Estrarre resistenza e capacità dal layout reale e simulare di nuovo, così che i risultati riflettano il layout e non lo schema elettrico.

    Evidenze che il cliente dovrebbe aspettarsi

    • Una tabella pre-layout contro post-layout per ritardo ed energia
    • I corner parassiti usati
    • Un registro delle modifiche al layout apportate di conseguenza
  6. Caratterizzazione delle librerie e modelli

    Produrre le viste di timing, potenza, fisiche e funzionali che servono a un flusso digitale.

    Evidenze che il cliente dovrebbe aspettarsi

    • File Liberty con i dati current-source e di variazione richiesti dal flusso
    • Un abstract LEF e un modello comportamentale
    • Un report QA che confronta i modelli con SPICE, con dimensione del campione e distribuzione degli errori
  7. Integrazione con clock e alimentazione

    Collocare i blocchi su misura nel chip e progettare attorno a essi la distribuzione di clock e alimentazione.

    Evidenze che il cliente dovrebbe aspettarsi

    • Budget e risultati di skew e jitter
    • Report di IR drop statico e dinamico
    • Report EM ad attività e temperatura dichiarate
    • Timing gerarchico con i modelli consegnati
  8. Verifica e sign-off

    Dimostrare che lo schema elettrico implementa l'RTL, poi eseguire il sign-off completo di fonderia con margini per variazione e invecchiamento.

    Evidenze che il cliente dovrebbe aspettarsi

    • Un report di equivalenza tra RTL e schema elettrico, con ambito ed esclusioni
    • Timing ai corner di sign-off, con variazione
    • Un report sui margini di invecchiamento e autoriscaldamento
    • Una checklist di tape-out firmata
  9. Correlazione con il silicio

    Misurare il silicio reale, confrontarlo con i modelli e riportare le differenze nelle librerie e nei margini.

    Evidenze che il cliente dovrebbe aspettarsi

    • Dati dei monitor on-chip
    • Shmoo plot e distribuzioni di Vmin su wafer e corner di processo
    • Una tabella misurato contro modellato, con dimensione del campione

I disegni mostrano il tipo di evidenze di ogni fase. Le evidenze derivate dalla fonderia vengono condivise sotto NDA dove l'accordo con la fonderia lo richiede.

Che cosa abbiamo fatto

Due tape-out su FinFET a 16 nm di TSMC.

Da un wafer multiprogetto a un set completo di maschere, il metodo full-custom è stato applicato sul silicio reale.

88core

Wafer multiprogetto (shuttle)

Novembre 2018

200core

Set completo di maschere

Giugno 2019

Tensione operativa sui campioni dello shuttle

Campioni dello shuttle misurati a

0,36 V

Ben al di sotto della tensione nominale di core del processo.

Il core di calcolo era full-custom; il resto di ciascun chip ha usato un flusso di strumenti standard.

Che cosa ha compreso il lavoro

  • Celle su misura

    Nel core di calcolo sono stati usati flip-flop multi-bit e sommatori su misura.

  • Librerie a bassa tensione

    Le librerie di celle della fonderia sono state ricaratterizzate per la bassa tensione (ricaratterizzazione).

  • Piazzamento manuale

    Il core di calcolo è stato piazzato a mano.

  • Abutment

    I sottoblocchi del core sono stati accostati senza celle di bordo, con un utilizzo del piazzamento del 95% al tape-out.

  • Sign-off

    Il sign-off di timing e IR drop è stato completato su più corner.

  • Bring-up

    Il bring-up è stato svolto dal nostro team, con partner esterni per l'assemblaggio e l'analisi.

Feedback dal silicio

Le misure sul silicio con set completo di maschere sono confluite nel progetto successivo, affinando la scelta delle celle e il margine di hold per la logica dinamica a tensione ultra-bassa.

7 nm e 6 nm

Come cliente diretto di TSMC, siamo autorizzati alla progettazione FinFET a 7 nm e abbiamo svolto per un cliente AI di primo piano la progettazione full-custom di chip AI a 6 nm.

Nodi di processo

Proprietà intellettuale

Brevetti e topografie registrate

  • CN111308329B

    Brevetto cinese per invenzione

    Test e binning di chip many-core.

  • CN111294045B

    Brevetto cinese per invenzione

    Riduzione del rumore di fase nei phase-locked loop a pompa di carica.

  • BS.185572790BS.195600134

    Topografie registrate

    Topografie di circuiti integrati registrate a nome dell'azienda.

Un blocco che potrebbe trarne vantaggio?

Ci invii la specifica e ci dica dove vanno l'energia e l'area, e le risponderemo.