大規(guī)模IC設(shè)計(jì)中ASIC、COT和COPD模型的選擇策略

大規(guī)模IC設(shè)計(jì)中ASIC、COT和COPD模型的選擇策略

當(dāng)前的IC設(shè)計(jì)日益復(fù)雜，部分設(shè)計(jì)規(guī)模達(dá)到數(shù)百萬(wàn)門以上，時(shí)鐘速度超過千兆赫茲，而且設(shè)計(jì)周期越來(lái)越短。在這種情況下，設(shè)計(jì)工程師必須考慮很多因素，而不僅僅考慮選擇什么樣的設(shè)計(jì)流程來(lái)實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)目標(biāo)。ASIC模型、COT(客戶自有工具)模型和COPD(客戶自有物理設(shè)計(jì))這三種設(shè)計(jì)流程都具有一定的優(yōu)勢(shì)，充分利用基于從RTL到GDSII的綜合系統(tǒng)，工程師在采用這些設(shè)計(jì)流程時(shí)可以獲得更多的便利。

ASIC、COT與COPD的對(duì)比

在傳統(tǒng)的ASIC和COT模型中，設(shè)計(jì)工程師負(fù)責(zé)描述IC的邏輯功能并定義各種物理實(shí)現(xiàn)的約束條件，如時(shí)序、I/O連接、功能分割、時(shí)鐘以及信號(hào)完整性和功率完整性。在ASIC模型中，硅片供應(yīng)商負(fù)責(zé)開發(fā)一個(gè)實(shí)現(xiàn)以下部分的平臺(tái)：?jiǎn)卧獛?kù)、I/O單元、嵌入式存儲(chǔ)單元、合格的封裝-裸片組合、硅片制造、封裝、封裝元件的測(cè)試，并將這些經(jīng)過測(cè)試的元件提交給設(shè)計(jì)工程師。在COT模型中，客戶負(fù)責(zé)除實(shí)際芯片制造以外的其他所有功能設(shè)計(jì)。

新的COPD模型結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，它提供來(lái)自ASIC供應(yīng)商的通過芯片驗(yàn)證的庫(kù)、IP和器件制造基本結(jié)構(gòu)，同時(shí)還可以在需要的情況下提供從RTL到GDSII執(zhí)行物理設(shè)計(jì)的靈活性和控制。

在選擇和比較模型時(shí)，設(shè)計(jì)工程師需要考慮有以下因素：

1. 初始的直接成本，即非經(jīng)常性工程成本(NRE)。

2. 面市時(shí)間，從概念到實(shí)現(xiàn)的整個(gè)周期時(shí)間。

3. 批量生產(chǎn)的時(shí)間，比面市時(shí)間更加重要。

4. 產(chǎn)品品質(zhì)，包括速度、芯片大小、功耗和可靠性。

5. 間接成本，如在物理設(shè)計(jì)、封裝和測(cè)試方面采用的內(nèi)部專有技術(shù)。

6. 決定是自己實(shí)現(xiàn)還是購(gòu)買IP，這將影響產(chǎn)品面市時(shí)間。

7. 設(shè)計(jì)方法，包括實(shí)現(xiàn)芯片的最具可預(yù)測(cè)性途徑。

綜合結(jié)構(gòu)增強(qiáng)設(shè)計(jì)的可預(yù)測(cè)性

在上面所列的因素中，對(duì)設(shè)計(jì)工程師最重要的或許是可預(yù)測(cè)的設(shè)計(jì)方法。Magma公司開發(fā)了一種基于公共數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)的綜合設(shè)計(jì)系統(tǒng)，采用該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)從RTL到GDSII的設(shè)計(jì)，并消除邏輯設(shè)計(jì)與物理設(shè)計(jì)之間、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與分析之間的不可預(yù)測(cè)性，而與具體的設(shè)計(jì)執(zhí)行者無(wú)關(guān)。在該系統(tǒng)中，所有的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和分析引擎都能直接訪問設(shè)計(jì)中不斷更新的邏輯、時(shí)序、物理層面以及電子層面的情況，能實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)以及分析和修正。該系統(tǒng)中，每個(gè)引擎總是知道別的引擎在干什么，因此可以通過采取適當(dāng)措施來(lái)使設(shè)計(jì)滿足性能指標(biāo)要求。

傳統(tǒng)上，工具流程中每個(gè)工具都有一個(gè)獨(dú)特的數(shù)據(jù)模型，并利用文件傳遞來(lái)實(shí)現(xiàn)在工具之間傳送數(shù)據(jù)，每個(gè)工具孤立地工作。文件從一個(gè)工具中讀出然后寫入到另一個(gè)工具，這樣可能將浪費(fèi)幾天寶貴的設(shè)計(jì)時(shí)間。為了加強(qiáng)綜合，把公共數(shù)據(jù)庫(kù)加到這些流程中，并將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存放在公共數(shù)據(jù)庫(kù)，這樣就避免了在工具之間直接傳遞設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。由于這些耗時(shí)的文件交換和按部就班的設(shè)計(jì)方法，如果由不同的公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)流程不同部分的時(shí)候，設(shè)計(jì)迭代和不可預(yù)測(cè)流程將仍然是問題所在，甚至還會(huì)更加嚴(yán)重。

綜合COT流程

一個(gè)領(lǐng)先的IC和IP核供應(yīng)商采用了基于Magma的綜合RTL到GDSII系統(tǒng)的COT模型。該公司以前的ASIC流程常常使設(shè)計(jì)周期很長(zhǎng)，增加了生產(chǎn)成本。結(jié)合Magma綜合物理設(shè)計(jì)系統(tǒng)和該IP供應(yīng)商的設(shè)計(jì)專門技術(shù)之后，可以實(shí)現(xiàn)全面控制從網(wǎng)表到GDSII的后端過程，減少了為實(shí)現(xiàn)時(shí)序收斂和降低噪聲的迭代次數(shù)，同時(shí)提高性能并減小芯片尺寸。這種系統(tǒng)不僅增強(qiáng)了設(shè)計(jì)流程的可預(yù)測(cè)性，而且使建立和驗(yàn)證整個(gè)流程的工作量最小化，并減少了對(duì)工程師進(jìn)行邏輯和物理設(shè)計(jì)工具培訓(xùn)的工作量。有了這個(gè)COT模型，大的復(fù)雜設(shè)計(jì)將能以更具成本效益的方式實(shí)現(xiàn)，在提高性能的同時(shí)減少了布局布線時(shí)間。

綜合ASIC和COT流程

一家大的半導(dǎo)體公司一直在利用Magma的綜合系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)更具可預(yù)測(cè)性的ASIC和COT流程，Magma統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)的靈活性和可擴(kuò)展性使該公司將幾十年來(lái)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和大批量、可靠的硅片制造技術(shù)融入到設(shè)計(jì)流程中。該公司通過與Magma的合作，建立了一種ASIC設(shè)計(jì)流程，使他們能夠迅速把時(shí)序信息反饋到其客戶那里。在客戶將設(shè)計(jì)交給其設(shè)計(jì)中心時(shí)，他們能很快地實(shí)現(xiàn)在物理層面具有確定性的邏輯，而不是傳統(tǒng)上不切實(shí)際的統(tǒng)計(jì)模型。統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和時(shí)序報(bào)告讓他們能決定其客戶的設(shè)計(jì)是否可以在要求的裸片尺寸上實(shí)現(xiàn)，并滿足大批量生產(chǎn)所要求的可靠性、質(zhì)量和速度。

該公司在其世界各地的設(shè)計(jì)中心采用了Magma的綜合系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有易用性和可定制特性，這使他們能夠迅速地在世界各地的所有設(shè)計(jì)中心采納這個(gè)系統(tǒng)，并創(chuàng)立一個(gè)能保證最終產(chǎn)品質(zhì)量的一致性的設(shè)計(jì)環(huán)境。由于一致性設(shè)計(jì)環(huán)境位于ASIC客戶附近，這樣就減少了ASIC客戶目標(biāo)與設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)之間不匹配的機(jī)會(huì)。

目前，越來(lái)越多的公司都想做他們自己的物理設(shè)計(jì)，而不負(fù)責(zé)后端制造。Magma綜合系統(tǒng)使客戶可以根據(jù)其經(jīng)驗(yàn)和物理設(shè)計(jì)水平來(lái)決定在什么設(shè)計(jì)層次提交其設(shè)計(jì)。

本文小結(jié)

COPD模型為ASIC和COT客戶以及代工廠商提供了很多可行性，COPD模型的綜合設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)設(shè)計(jì)工程師和硅片供應(yīng)商來(lái)說(shuō)是非常有益的，它給設(shè)計(jì)工程師提供更多靈活性。例如，在將設(shè)計(jì)遞交給芯片供應(yīng)商之前，設(shè)計(jì)工程師可以選擇只做頂層物理設(shè)計(jì)，或者用引腳分配和時(shí)間預(yù)算來(lái)分割設(shè)計(jì)，或者實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘和功率結(jié)構(gòu)，或者實(shí)現(xiàn)到GDSII的完整物理設(shè)計(jì)。對(duì)芯片供應(yīng)商來(lái)說(shuō)有兩個(gè)主要好處：首先是降低了設(shè)計(jì)支持的成本，同時(shí)保持了最終的質(zhì)量；其次，保留客戶的一個(gè)方法，即不要失去那些希望改變其設(shè)計(jì)模型的客戶。