介紹3個時序優(yōu)化的RTL改動及其中Formal SEC的角色

修復(fù)關(guān)鍵路徑時序一直都是數(shù)字IC designer最耗時的工作任務(wù)之一，而且伴隨著同一個RTL設(shè)計應(yīng)用于不同的業(yè)務(wù)場景，時序、面積和功耗的約束也是不同的，所以時序優(yōu)化的方向也是多變的。

簡單來說，時序優(yōu)化的任務(wù)是常見的，并不是說RTL寫得足夠好，就不存在后續(xù)的時序優(yōu)化迭代。

本文介紹3個時序優(yōu)化的RTL改動以及在其中Formal SEC的角色。

logic redistribution

其中一種比較常用的關(guān)鍵時序修復(fù)方法是將兩個pipe之間的組合邏輯重新分配。

這個道理就是木桶原理，限制同步設(shè)計時鐘頻率的路徑就是關(guān)鍵時序路徑，如果一個木桶中所有的木板長短都是一樣的，那就是沒有短板，或者說全部都是短板。

如上圖所示，上方的設(shè)計是存在時序問題的設(shè)計，在第1個PIPE和第2個PIPE之間有一個比較長的組合邏輯，通過組合邏輯重新分配，讓組合邏輯在2個PIPE比較均勻地分配就可以優(yōu)化這類時序問題。

注意：前提是保證端到端功能是一致的，即使中間階段寄存器的狀態(tài)可能不一致。由于中間寄存器的狀態(tài)不一致所以不能夠使用combinational FEV，只能使用sequential FEV或者transaction FEV。

經(jīng)驗表明，這種時序優(yōu)化有非常非常大的概率引入bug。修復(fù)時序的前提的保證功能，方向錯誤，跑得越快，越不是好事情。

這種由于修復(fù)時序引入的bug很容易通過修改前RTL（SPEC RTL）和修改后RTL（IMP RTL）之間的等價性（sequential FEC）比對來確保設(shè)計的時序優(yōu)化修改沒有引入新的bug。

critical path reduction

在某些情況下組合邏輯重分配不可行時，可能需要將一個比較長的組合邏輯分拆成并行的2個比較小的組合邏輯，然后在后面的PIPE使用邏輯再匯聚在一起，如下圖所示。

對于上面的修改，上方的設(shè)計存在時序問題，下方的設(shè)計是優(yōu)化后的問題，這個轉(zhuǎn)化的過程同樣非常非常容易導(dǎo)致bug的引入，也同樣可以通過FEC來保證。

Pipeline optimizations

隨著這個RTL設(shè)計的不同應(yīng)用場景需求變化（工藝變化、業(yè)務(wù)場景變化、算法變化以及物理實現(xiàn)的變化等等），designer發(fā)現(xiàn)時序無論如何也無法優(yōu)化，只能夠以犧牲latency的代價增加pipe數(shù)來優(yōu)化時序。又或者發(fā)現(xiàn)可以減少pipe來優(yōu)化latency，提升芯片的局部性能。

注意：同樣需要保證端到端的功能一致。

如上圖所示，上方是優(yōu)化前的設(shè)計，下方是優(yōu)化后的設(shè)計（減少了一個pipe）。

對于這種pipe個數(shù)變化，但是端到端功能不變的修改，同樣可以使用sequential FEC來進(jìn)行等價性比對。只不過有所區(qū)別的是，需要指定比對是latency差異。


審核編輯：劉清