芯片級驗證的挑戰

鑒于先進工藝設計的規模和復雜性，而且各方為 搶先將產品推向市場而不斷競爭，片上系統 (SoC) 設計團隊沒有時間等到所有芯片模塊都全 部完成后才開始組裝芯片。因此，SoC 設計人員 通常會在模塊開發的同時開始芯片集成工作，以 便在設計周期的早期捕獲并糾正任何布線違規， 從而幫助縮短至關重要的上市時間。錯誤在早期 階段更容易修復，而且對版圖沒有重大影響，設 計人員在此階段消除錯誤，可以減少實現流片所 需的設計規則檢查 (DRC) 迭代次數（圖 1）。

但是，早期階段芯片級物理驗證面臨許多挑 戰。通常，在布局規劃的早期階段，未完成模 塊中報告的違規數量非常多，導致此現象的原 因是許多系統性問題可能廣泛分布在整個設計中。系統性問題的典型例子包括：SoC  級別的模塊布局偏離網格、SoC  MACRO 封裝外發生IP 合并、保留布線層上發生 IP 布線、時鐘網絡上的過孔類型 不正確，以及 SoC 中 IP 布局方向不匹配，如圖 2 所示。在這 個階段區分模塊級違規和頂層布線違規并非易事。

圖 1：識別和解決芯片集成問題與模塊開發并行 進行，可最大程度地減少整個設計實現流程中 的 DRC 迭代次數。

對初始 DRC 運行使用晶圓代工廠規則集中的默認設置，通常會 導致運行時間非常長，還會報告非常多的違規，并產生極其龐 大的結果數據庫，所有這些都使得調試極其困難且耗時。

圖 2：系統性錯誤常常導致早期芯片級驗 證中出現大量違規。

在此早期階段，SoC 設計人員的目標通常是最大限度地減少每 次 DRC 迭代的運行時間，并且僅關注此時相關的違規情況。 除了將模塊違規與需要調試的布線違規區分開來之外，SoC 設 計人員還可以將模塊違規送回模塊所有者進行調試和更正。 從早期的布局規劃到最終的產品流片，SoC 設計人員的終極目 標是發現并修復 SoC 系統性問題。

改善錯誤較多的模塊／芯片級驗證

Calibre? Reconnaissance (Calibre Recon) 工具是一個完整的功能包，支持設計團隊在設計周 期的早期階段（此時各種組件尚不成熟）便開始對整個芯片設計版圖進行探索和物理驗 證。Caliber Recon 工具能夠非常有效地發現早期潛在的集成問題，向設計團隊快速提供反 饋以便其采取適當的糾正措施，最終減少 DRC 迭代次數，縮短總周轉時間，加快產品上市。 此外，Caliber Recon 工具經過精心設計，從第一次運行便能提供所有這些功能，支持在任何 工藝技術節點上按原樣使用任何晶圓代工廠／獨立設備制造商 (IDM) 的 Caliber sign-off 設計 套件。

自動檢查選擇

當存在錯誤時，某些規則檢查往往會運行很長時 間。取消選擇此類規則可以大大加快運行速度，但 設計人員如何確定取消選擇哪些檢查呢？取消選擇涉 及許多操作的檢查？還是取消選擇某一類檢查，例 如天線檢查或所有連通性檢查？選擇運行 “最佳” 的一 組檢查并不容易，這可能需要進行大量的高級分 析，并對晶圓代工廠規則集進行一些編輯（圖 3）。

Caliber Recon 工具可自動取消選擇與當前開發階段無 關的檢查。Calibre 引擎根據檢查類型和檢查涉及的操 作數量來決定取消選擇哪些檢查，以提供良好的覆蓋率、加快運行時間并減少內存消耗。對于各種工藝節點，平均而言，Caliber Recon 工具可將 要執行的檢查數量減少約 50%。取消選擇的檢查／類別會在過程記錄副本中報告，以供用戶 參考。Caliber Recon 工具也會接受用戶手動取消選擇的所有檢查／類別。

圖 3：選擇正確的檢查集合進行早期驗 證需要仔細分析。

自動取消選擇檢查時，報告的違規總數通常會減少到原數量的 70% 左右（圖 4）。但這些違 規對于目標實現階段更有意義，有助于分析和調試實際系統性問題。

圖 4：使用 Caliber Recon 功能時執行的規則檢查總 數量的減少情況，以及最 終報告的違規數量的減少 情況。

Caliber Recon 工具最多可將整體 DRC 運行時間縮短為原來的 1/14，同時仍能檢查總 DRC 集合的大約 50%。Calibre 引擎自動選擇的規則子集可以有效識別布局規劃和子芯片集成問 題，向設計團隊快速提供反饋以便采取適當的糾正措施，并顯著縮短總周轉時間。圖 5 基于 測試顯示了不同芯片的 DRC 運行時間結果。

圖 5：在各種芯片上測試 Caliber Recon 自動檢查選 擇的結果表明，早期實 現階段的 DRC 運行時間和 內存耗用量大幅減少。

Caliber Recon 驗證不僅能幫助 SoC 設計人員進行早期芯片級驗證，而且支持早期模塊驗證。 因為模塊和芯片設計是并行完成，所以模塊設計人員可以在模塊上運行 Caliber Recon 驗證。 如果報告了錯誤，模塊設計人員可以修復系統性問題。如果 Caliber Recon 結果無錯誤，便可 將模塊傳遞給芯片，而模塊設計人員可以在該模塊上并行運行其余規則。如圖 6 所示，在初 始布線期間對模塊（重復單元）運行 Caliber Recon 工具可使運行時間縮短 8 倍，內存占用減 少 4 倍。

圖 6：在不同的開發階段 時，將針對重復單元和完 整芯片執行的 Calibre Recon 和完整 Calibre nmDRC 進 行比較，結果顯示 Calibre Recon 的運行時間和內存 耗用量都減少。

灰框排除

遵循相同的排除概念，但這次是從設計 角度來看，是否有可能忽略設計的某些 部分（主要是不成熟的模塊），從而聚 焦于接口和布線違規并減少運行時間？ Caliber Recon 灰框功能允許設計人員在 檢查頂層布線時不必考慮單元細節。 灰框標記可移除指定單元中的數據，而 不會從更高的父層級中刪除幾何形狀

（圖 7）。因此，指定單元上的任何布線 違規仍能被捕捉到。此外，設計人員可 以通過縮小單元的范圍來在移除的幾何 形狀周圍保留一個暈圈，以便捕獲指定 單元與其相鄰單元之間的接口違規。

圖 7：利用 Caliber Recon 灰框標記，設計人員可以從 DRC 中排除版圖的某些部分，同時仍能檢查這些區域是 否存在接口或布線違規。

灰框解決方案對于矩形和非矩形單元均適用，但設計人員可能需要指定代表非矩形單元范 圍的層（邊界層可用于此目的）。

雖然灰框功能可縮短運行時間，但從指定單元中移除幾何形狀可能會引入一些新的 DRC 違 規，這將需要額外的調試來區分哪些是實際違規，哪些是因為從指定單元中切除幾何形狀所 產生的違規。為了避免此問題，以及免于編輯晶圓代工廠規則集來為灰框功能增加規范說 明，設計人員可以將 Caliber Recon 灰框功能與 Caliber Auto-Waivers 功能結合使用。如圖 8 所示，其主要目的是不檢查不完整模塊中的幾何形狀以縮短運行時間，附帶的好處是可豁免 從指定單元排除區域時所引入的任何違規。這種結合使得設計人員可以專注于原始（有效） DRC 接口違規。所有豁免的違規都保存到豁免結果數據庫文件中，供日后需要時審查。

圖 8：Caliber Recon 灰框 功能與 Calibre Auto-Waiver 功能相結合，使得設計人 員可以執行接口和頂層布 線驗證，而不必擔心因為 從灰框單元中移除幾何形 狀而產生錯誤。

灰框解決方案能將 SoC 團隊指向需要注意的接口 DRC 錯誤。它還將與組裝相關的集成和布 線違規與不成熟模塊的違規區分開來。如圖 9 所示，將此功能與自動選擇相關檢查相結合， 可進一步縮短運行時間，因為系統會針對設計區域報告的違規，選擇其中需要在特定階段 多加注意的違規，讓設計人員只專注在這些違規上。因此，它有助于設計團隊在設計周期 的早期解決更多關鍵接口問題，避免最后一刻出現令人沮喪的意外。

圖 9：Caliber Recon 自動 檢查選擇與灰框功能結合 使用，有助于在早期設計 實現階段將驗證重點放在 關鍵接口和布線問題上。

DRC ANALYZE

Caliber Recon DRC Analyze 功能可幫助設計人員快速分析其設計并直觀地查看錯誤分布，以 便找出可快速提高版圖質量的機會點。

DRC Analyze 功能允許設計人員繪制不同的直方圖（基于層次化單元或窗口）以進行芯片分 析，并為這些直方圖指定自定義縮放范圍。它還支持繪制結果的彩色圖，既可以在獨立窗 口上繪制，也可以映射到設計上，讓設計人員能夠探查每個單元和每個窗口的錯誤細節， 結果會分布在整個設計上（圖 10）。

圖 10：Caliber Recon DRC Analyze 功能支持在錯誤 檢查和調試過程中進行 快速、深入的可視化和 分析。

DRC Analyze 功能的主要優點是，設計人員可以使用晶圓代工廠規則集來執行所有必需的分 析，而無需進行任何編輯。與這種分析在芯片分析和調試期間提供的價值相比，相關開銷

（運行時間平均增加 10% 和內存耗用量平均增加 20% ）非常小。

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