Teknik

Full custom-metodik

Nio steg, vart och ett låst innan nästa börjar, med belägg som en kund kan läsa.

Där det lönar sigDär ett fåtal celltyper upprepas mycket många gånger och står för tillräckligt mycket av ett chips energi eller yta för att göra skillnad för hela chipet.

När den ska användas

Ett val som görs block för block.

Full custom gäller de kritiska datavägsblocken. Resten av ett chip använder ett standardverktygsflöde. Vilket block som behandlas hur beror på var dess energi och yta faktiskt går åt.

En illustration av ett chip, färglagd efter hur varje block är byggt.
  • Design på transistornivå

    Celler konstruerade för just det här chipet, med layout och ledningsdragning på transistornivå, paketerade som ett karakteriserat block. För de kritiska datavägsblock som står för chipets energi eller yta.

  • Projektspecifika celler

    Ett foundrybibliotek plus några få celler gjorda för projektet, blandade med syntetiserad logik. För block som vinner på några bättre celler.

  • Syntes

    Ett standardcellbibliotek med automatiserad syntes samt placering och routning. För styrlogik, gränssnitt och resten av chipet, och som den baslinje varje specialkonstruerat block mäts mot.

Verktyg för kretsschema, layout, extraktion och sign-off körs i varje steg av designen på transistornivå.

Hur en konstruktion tas till kisel

Design på transistornivå lönar sig mest när alla fem är uppfyllda.

  1. Ett litet antal celltyper upprepas ett mycket stort antal gånger.
  2. De cellerna står för tillräckligt mycket av chipets energi eller yta för att påverka måttet på chipnivå.
  3. Funktionen är så stabil att layouten inte kommer att göras om.
  4. Det finns en syntetiserad baslinje i samma process att mäta mot.
  5. Projektet har råd med karakterisering och kiselkorrelation.

I andra fall är projektspecifika celler eller syntes vanligtvis det effektivare valet.

Metoden

Nio steg, vart och ett låst före nästa.

En pipeline lagrar varje stegs resultat i ett register innan nästa steg får använda det. Den här metoden behandlar belägg på samma sätt. Ett steg avslutas när dess belägg finns och en kund kan läsa dem.

  1. Lämplighet och partitionering

    Avgör block för block vad som får design på transistornivå, vad som använder projektspecifika celler och vad som förblir syntetiserat, utifrån var energi och yta faktiskt går åt.

    Belägg som en kund bör förvänta sig

    • En partitionstabell med varje blocks andel av yta och effekt, och skälet till dess designstil
    • En syntetiserad baslinje för varje block som föreslås för specialkonstruktion
  2. Arkitektur och definition av datavägen

    Fastställ pipelinedjup, bit-slice-struktur, klockschema och mål för matningsspänning innan någon cell ritas.

    Belägg som en kund bör förvänta sig

    • En körbar referensmodell och testvektorer
    • En budget för fördröjning, energi och yta för varje bit slice, med angivna antaganden
    • Listan över sign-off-hörn
  3. Krets- och celldesign

    Konstruera låskretsar, vippor och adderare på transistornivå, och välj antal fenor och tröskeltyper.

    Belägg som en kund bör förvänta sig

    • Kretsscheman
    • SPICE före layout över hörnen, med setup, hold, retention och brusmarginal
    • Monte Carlo-statistik
    • En jämförelse med motsvarande cell i foundrybiblioteket
  4. Layout enligt foundryns regler

    Rita celler och bit slices enligt foundryns rutnät och mönstringsregler, med pinnåtkomst planerad för routern.

    Belägg som en kund bör förvänta sig

    • Felfria DRC-, LVS- och ERC-loggar, med verktygs- och regelfilsversioner
    • Resultat för färgning och densitet
    • Varje undantag listat, med skäl
  5. Extraktion och simulering efter layout

    Extrahera resistans och kapacitans ur den verkliga layouten och simulera igen, så att resultaten speglar layouten och inte kretsschemat.

    Belägg som en kund bör förvänta sig

    • En tabell som jämför fördröjning och energi före och efter layout
    • De parasitiska hörn som användes
    • En förteckning över de layoutändringar som gjordes till följd av detta
  6. Bibliotekskarakterisering och modeller

    Ta fram de timing-, effekt-, fysiska och funktionella vyer som ett digitalt flöde behöver.

    Belägg som en kund bör förvänta sig

    • Liberty-filer med de strömkälle- och variationsdata som flödet kräver
    • Ett LEF-abstrakt och en beteendemodell
    • En QA-rapport som jämför modellerna med SPICE, med urvalsstorlek och felfördelning
  7. Integration med klocka och kraftmatning

    Placera de specialkonstruerade blocken i chipet och konstruera klocka och kraftmatning runt dem.

    Belägg som en kund bör förvänta sig

    • Budgetar och resultat för skew och jitter
    • Rapporter över statiskt och dynamiskt IR-fall
    • EM-rapporter vid angiven aktivitet och temperatur
    • Hierarkisk timing med de levererade modellerna
  8. Verifiering och sign-off

    Visa att kretsschemat implementerar RTL:en och kör sedan fullständig sign-off enligt foundryns krav, med marginaler för variation och åldring.

    Belägg som en kund bör förvänta sig

    • En ekvivalensrapport mellan RTL och kretsschema, med omfattning och undantag
    • Timing vid sign-off-hörnen, med variation
    • En marginalrapport för åldring och självuppvärmning
    • En signerad checklista för tape-out
  9. Kiselkorrelation

    Mät verkligt kisel, jämför med modellerna och för tillbaka skillnaderna till biblioteken och marginalerna.

    Belägg som en kund bör förvänta sig

    • Data från monitorer på chipet
    • Shmoo-diagram och Vmin-fördelningar över wafers och processhörn
    • En tabell som jämför uppmätt med modellerat, med urvalsstorlek

Teckningarna visar vilken sorts belägg varje steg ger. Belägg som härrör från foundryn delas under NDA där foundryns avtal kräver det.

Vad vi har gjort

Två tape-outs på TSMC 16 nm FinFET.

Från en multiprojektwafer till en fullständig maskuppsättning tillämpades full custom-metoden på riktigt kisel.

88kärnor

Multiprojektwafer (shuttle)

November 2018

200kärnor

Fullständig maskuppsättning

Juni 2019

Driftspänning på proverna från shuttlen

Prover från shuttlen uppmätta vid

0,36 V

Långt under processens nominella kärnspänning.

Beräkningskärnan var full custom; resten av varje chip använde ett standardverktygsflöde.

Vad arbetet omfattade

  • Specialkonstruerade celler

    Specialkonstruerade multibitsvippor och adderare användes i beräkningskärnan.

  • Lågspänningsbibliotek

    Foundryns cellbibliotek omkarakteriserades för låg spänning.

  • Handplacering

    Beräkningskärnan placerades för hand.

  • Kant i kant

    Kärnans delblock placerades kant i kant utan gränsceller, med 95 % utnyttjandegrad i placeringen vid tape-out.

  • Sign-off

    Timing och IR-fall godkändes över flera hörn.

  • Bring-up

    Bring-up gjordes av vårt team, med externa partner för kapsling och analys.

Återkoppling från kisel

Mätningar på kislet från den fullständiga maskuppsättningen återfördes till den efterföljande konstruktionen och förfinade cellvalet och hold-marginalen för dynamisk logik vid ultralåg spänning.

7 nm och 6 nm

Som direktkund hos TSMC har vi tillstånd för FinFET-design på 7 nm och har utfört AI-chipdesign i full custom på 6 nm för en ledande AI-kund.

Processnoder

Immateriella rättigheter

Patent och registrerade kretsmönster

  • CN111308329B

    Kinesiskt uppfinningspatent

    Test och sortering av chip med många kärnor.

  • CN111294045B

    Kinesiskt uppfinningspatent

    Minskning av fasbrus i faslåsta slingor med laddningspump.

  • BS.185572790BS.195600134

    Registrerade kretsmönster

    Kretsmönster för integrerade kretsar, registrerade i företagets namn.

Ett block som kan ha nytta av det?

Skicka dess specifikation och var dess energi och yta går åt, så svarar vi.