0 引言

    工藝的發(fā)展允許芯片在更小的面積內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的性能,。同時(shí),，隨著時(shí)鐘頻率和時(shí)序要求的提高，設(shè)計(jì)對(duì)各種噪聲源和IR-Drop帶來(lái)的電源完整性問(wèn)題越來(lái)越敏感^[1],。精確的電源分析需要測(cè)試全面的工作狀態(tài),，但是，過(guò)高的仿真周期成本限制了仿真覆蓋率的實(shí)現(xiàn),。因此,，基于FSDB解析出關(guān)鍵的電源完整性分析向量時(shí)段很重要。本文基于Voltus^TM提供的解析工具,，提出兩種不同于傳統(tǒng)FSDB向量解析的場(chǎng)景,，實(shí)現(xiàn)更全面的電源完整性分析。

1 傳統(tǒng)FSDB向量解析及其局限性

    傳統(tǒng)FSDB向量解析出總功耗最差的時(shí)間段進(jìn)行電源完整性分析^[2],，不考慮單元物理位置因素,。不均勻的單元翻轉(zhuǎn)和分布會(huì)產(chǎn)生局部IR-Drop熱點(diǎn)，傳統(tǒng)方案無(wú)法覆蓋最差的局部熱點(diǎn),。實(shí)際設(shè)計(jì)中,，局部過(guò)高熱點(diǎn)的危害可能會(huì)更大，導(dǎo)致性能下降和信號(hào)完整性問(wèn)題,。高頻率的重要數(shù)據(jù)總線邏輯可能會(huì)產(chǎn)生局部的高功率密度區(qū)域,。進(jìn)行動(dòng)態(tài)向量的PowerEM分析時(shí),，不均勻的大電流密度會(huì)產(chǎn)生更多的違例，基于最大總功耗的傳統(tǒng)FSDB向量解析方案無(wú)法對(duì)應(yīng)最多的PowerEM違例時(shí)段,。

1.1 局部熱點(diǎn)場(chǎng)景特征

    復(fù)雜的設(shè)計(jì)中,，存在高翻轉(zhuǎn)單元區(qū)域,，傳輸高頻數(shù)據(jù),，產(chǎn)生局部IR-Drop熱點(diǎn)。如圖1所示,，將設(shè)計(jì)分為A,、B、C,、D 4個(gè)物理分區(qū),，P₁是時(shí)間段1的總功耗，P₂是時(shí)間段2的總功耗 ,。P_1A,、P_1B、P_1C,、P_1D是時(shí)間段1中4個(gè)分區(qū)的相應(yīng)局部功耗,。P_2A、P_2B,、P_2C,、P_2D是時(shí)間段2中4個(gè)分區(qū)的相應(yīng)局部功耗。功耗數(shù)值大小如下：

    基于傳統(tǒng)FSDB向量解析,，時(shí)間段1有最差的總功耗,，被選擇為解析結(jié)果用來(lái)進(jìn)行電源分析，時(shí)間段2會(huì)被忽略,。完整的向量電源分析應(yīng)考慮總功耗和物理布局的相關(guān)性,。在時(shí)間段2期間，D分區(qū)有最大的局部功耗,，產(chǎn)生比時(shí)間段1更差的局部電源電壓降,。局部功耗過(guò)大可能會(huì)導(dǎo)致局部電路失效，從而影響整個(gè)設(shè)計(jì)的性能,，因此,，在進(jìn)行電源完整性分析時(shí)，應(yīng)保證仿真分析覆蓋由于局部高翻轉(zhuǎn)高功耗引起的熱點(diǎn)^[3-4],。

1.2 PowerEM熱點(diǎn)場(chǎng)景特征

    兩個(gè)因素導(dǎo)致PowerEM違例：第一,，不均勻的電源電阻網(wǎng)絡(luò)分布；第二,，電源帶單元高功耗,。如圖2所示,，多個(gè)功耗高的單元聚集在同一個(gè)電源帶中，物理位置靠近左側(cè)物理電源節(jié)點(diǎn),，I₁和I₂是來(lái)自兩個(gè)物理電源節(jié)點(diǎn)的電流,，R₁和R₂是基于電源網(wǎng)絡(luò)計(jì)算出的電源電阻，因此,，當(dāng)R₁<R₂時(shí),，I₁>I₂，左側(cè)電流密度更大,，容易發(fā)生PowerEM違例,。

2 多場(chǎng)景FSDB向量解析方案和仿真

2.1 多場(chǎng)景FSDB向量解析方案

    基于第1節(jié)的分析結(jié)果，提出一種多場(chǎng)景FSDB解析方案,，如圖3所示,，參照表1對(duì)應(yīng)相關(guān)縮寫(xiě)。 基于Voltus^TM提供的分物理網(wǎng)格進(jìn)行功率密度計(jì)算的解析功能,，解析工具可以在每個(gè)時(shí)間段計(jì)算不同物理網(wǎng)格內(nèi)的功率密度,，得出最差功率密度的物理網(wǎng)格區(qū)塊及相應(yīng)時(shí)間段^[1]。利用該功能,，解析出基于用戶自定義的物理網(wǎng)格大小下最差的局部功率密度區(qū)域,。Voltus^TM同樣支持解析單元功耗最差的時(shí)間段，得出每個(gè)單元最差的功耗和想要的時(shí)間段,，用來(lái)幫助驗(yàn)證分析PowerEM違例場(chǎng)景,。

2.2 局部熱點(diǎn)仿真分析

    基于FSDB解析出不同的時(shí)間段，T₁為T(mén)PW時(shí)間段,，表征總功耗最差,，T₂為L(zhǎng)PDW時(shí)間段，表征局部熱點(diǎn),。圖4為T(mén)₁的總功耗解析結(jié)果,，圖5為T(mén)₂的總功耗解析結(jié)果，如圖所示,，T₁的總功耗大于T₂,。但是，基于提出一種多場(chǎng)景FSDB解析方案,，參照表1對(duì)應(yīng)相關(guān)縮寫(xiě),。基于物理網(wǎng)格功率密度計(jì)算,，100×100的物理網(wǎng)格下,，最差功率密度發(fā)生在T₂的{x₁ y₁ x₂ y₂}區(qū)域。基于T₁和T₂進(jìn)行仿真分析,，得到{x₁ y₁ x₂ y₂}區(qū)域內(nèi)的所有單元的電源電壓降值,。如圖6所示，局部熱點(diǎn)內(nèi)電源電壓降更差,，表2為最差單元的電源電壓降對(duì)比,。局部熱點(diǎn)的違例不能被全局熱點(diǎn)覆蓋。

2.3 單元熱點(diǎn)仿真分析

    基于Voltus^TM解析出每個(gè)單元最差功耗和時(shí)間段,，按照時(shí)間段分組,，得出最多最差單元的時(shí)間段。在Voltus^TM中讀取單元列表,，觀測(cè)到有一組單元在時(shí)間段T₃內(nèi)聚集在同一塊電源網(wǎng)格區(qū)域{x₃ y₃ x₄ y₄},，如第1節(jié)分析,，區(qū)域{x₃ y₃ x₄ y₄}是PowerEM危險(xiǎn)區(qū),。基于T₃進(jìn)行仿真分析,，和T₁的仿真結(jié)果比較,。如表3所示，單元熱點(diǎn)下,，區(qū)域內(nèi)有更多的違例,，圖7顯示總功耗T₁更差，但無(wú)法覆蓋局部PowerEM違例,。

3 結(jié)論

    基于Voltus^TM物理網(wǎng)格功率密度計(jì)算和單元功耗計(jì)算的解析功能,，提出一套多場(chǎng)景FSDB向量解析實(shí)現(xiàn)方案，得出局部熱點(diǎn)時(shí)間段和基于單元熱點(diǎn)解析出PowerEM熱點(diǎn)時(shí)間段,，結(jié)合全局熱點(diǎn)時(shí)間段,，進(jìn)行多重場(chǎng)景的電源仿真分析，提高電源完整性在局部熱點(diǎn)和PowerEM違例分析時(shí)的覆蓋率,。

參考文獻(xiàn)

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作者信息:

徐慧敏，朱薇薇,，施建安

（英偉達(dá)半導(dǎo)體科技（上海）有限公司,，上海201210）