利用 Calibre nmLVS-Recon 技術(shù)加快上市速度：電路驗證新范式

背景

1981 年是業(yè)界公認的電子設(shè)計自動化 (EDA) 商業(yè)化元年，Mentor, a Siemens business 自這一年開始，長期致力于深耕 EDA 工具領(lǐng)域。從一開始，我們的 Calibre? 驗證平臺就專注于為企業(yè)提供一流的驗證流程。 在與全球設(shè)計人員、工程師和團隊的日?；又?，我們一直在密切觀察設(shè)計和驗證周期，并不斷努力改 進我們的工具以提高生產(chǎn)率。

有一個趨勢非常明顯……流片變得越來越困難，需要的時間也越來越長。根據(jù)行業(yè)會議調(diào)查得出的統(tǒng)計 數(shù)據(jù)，每年至少有 50% 的預(yù)定流片出現(xiàn)延遲。這些延遲由多種因素引起，包括可制造性設(shè)計 (DFM) 優(yōu) 化、性能指標(biāo)的實現(xiàn)、時序收斂，以及運行 signoff 驗證周期所需的漫長時間等。

雖然驗證過程不是導(dǎo)致設(shè)計周期出現(xiàn)延遲的唯一因素，但它對 signoff 過程的總持續(xù)時間的確有很大的影 響。這種影響可部分歸因于設(shè)計復(fù)雜性、設(shè)計尺寸、器件數(shù)量和多邊形數(shù)量的增加，以及新型器件、更 復(fù)雜的測量和參數(shù)計算。與此同時，驗證操作不僅數(shù)量在增加，而且變得越來越復(fù)雜，提出了新的和擴 展的可靠性和性能要求，上下文相關(guān)度更強，并且增加了多重曝光考慮因素。驗證過程的所有方面都面 臨著日益增長的驗證復(fù)雜性，包括物理驗證、電路驗證、可靠性分析和 DFM 收斂等。

影響完整驗證周期的總周轉(zhuǎn)時間 (TAT) 的一個重要因素是設(shè)計的就緒度。如果設(shè)計處于早期的實施和裝配 階段，它將始終 “存在問題”，這意味著它包含的許多設(shè)計問題僅僅是因為設(shè)計處于未完成狀態(tài)而存在 的。在 “存在問題” 的設(shè)計上運行完整的 LVS 驗證周期將會產(chǎn)生成千上萬乃至成百上千萬個必須分析和調(diào) 試的錯誤，從而增加了全芯片驗證時間，并且需要更多的硬件才能實現(xiàn)全面分析和計算并行性。盡管這 些設(shè)計將會隨著時間的推移而逐漸就緒，最終將總體 LVS 運行時間縮短至幾個小時，但在到達此里程碑 前進行的大量耗時的迭代已經(jīng)對交付排程造成了嚴重的破壞。

CALIBRE 生產(chǎn)率和創(chuàng)新

Mentor 不斷努力尋找并消除影響設(shè)計和驗證工程師的生產(chǎn)率和效率的 “痛點”。作為該過程的一部分，我 們開始開發(fā)創(chuàng)新的 “一鍵式” 設(shè)計探索，來支持早期的設(shè)計勘察和分析。Calibre nmDRC-Recon? 解決方案 便是 Calibre 早期驗證技術(shù)套件的第一個實現(xiàn)，主要著眼于早期設(shè)計的設(shè)計規(guī)則檢查 (DRC)。Calibre nmDRC-Recon 解決方案使物理驗證團隊能夠在運行全芯片 signoff DRC 之前快速掃描 “存在問題” 的早期設(shè) 計，以便更早、更快、有條不紊地查找并快速修復(fù)選定類別的 DRC 錯誤 [1]。

Calibre nmLVS-Recon? 解決方案通過提供智能化過程，使用戶能夠利用創(chuàng)新的數(shù)據(jù)分區(qū)、數(shù)據(jù)復(fù)用、任 務(wù)分配和錯誤管理選項，幫助他們在存在問題的設(shè)計上實現(xiàn)更快的版圖與電路圖比較 (LVS) 迭代，從而給 設(shè)計團隊、片上系統(tǒng) (SoC) 工程師和電路驗證團隊帶來類似的好處。借助 Calibre nmLVS-Recon 解決方 案，電路驗證團隊可以快速檢查存在問題、尚未成熟和處于早期階段的設(shè)計，用分析方法發(fā)現(xiàn)特定類型 的 LVS 違規(guī)，并盡早、更快加以修復(fù)。設(shè)計中如果包含嚴重的系統(tǒng)性違規(guī)（例如短路的網(wǎng)絡(luò)），則不僅 會產(chǎn)生成千上萬的錯誤結(jié)果，還會由于需要大量硬件資源而影響完整 LVS 迭代的運行時間和可擴展性。 驗證工程師可以使用 Calibre  nmLVS-Recon  流程，以交互和迭代的方式快速、高效地查找和修復(fù)這些類型的違規(guī)，直到設(shè)計就緒，可用于全芯片 signoff  LVS  迭代為止。Calibre  nmLVS-Recon 技術(shù)不僅從根本上加快了整個電路驗證檢查的流程，而且通過提供具有靈活使用模型的多配置框架，進一步縮短了驗證   TAT和上市時間。

LVS 驗證

在當(dāng)今市場中，失志成為行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者的企業(yè)都在努力快速生產(chǎn)更具創(chuàng)新性、功能更強大、能效更高、節(jié) 能且尺寸更小的多任務(wù) SoC 設(shè)計。為滿足激進的市場計劃要求，SoC 設(shè)計人員必須經(jīng)常在單獨模塊完成 甚至可使用之前，便趕緊開始芯片集成。這種方法與傳統(tǒng)的設(shè)計周期有很大的不同，在傳統(tǒng)的設(shè)計周期 中，在進行芯片級集成之前需要先完成模塊的設(shè)計、布線、最終化和驗證。工程師根本沒有那么充裕的 時間，這迫使設(shè)計和驗證活動不得不并行開展，沒有人愿意或能夠等到芯片完成并清除所有 DRC 違規(guī)后 再運行全芯片 LVS 驗證。設(shè)計和驗證周期發(fā)生的這一重大變化給芯片級驗證階段帶來了諸多挑戰(zhàn)。

考慮一個由四個模塊構(gòu)成的芯片的簡單示例，其中每個模塊處于不同的就緒階段。在芯片從存在問題的 狀態(tài)進化到全芯片 LVS 就緒階段的過程中，每個模塊以不同的速度進化到不同的完整性級別。如圖 1 所 示，這些級別可能包括：

■ 未完成布線

■ 尚未插入金屬填充

■ 模塊放置為空，在 SoC 中用黑框作為 占位符（無驗證）

■ 已插入模塊，但缺少電源連接或頂層 連接

■  模塊尚未清除 DRC 違規(guī)。

圖 1：在當(dāng)今快節(jié)奏的市場中，設(shè)計和驗證活動通常并 行進行。

這種設(shè)計方法并非先進工藝節(jié)點所獨有。物聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)、汽車和移動通信等應(yīng)用甚 至在成熟的的工藝節(jié)點設(shè)計項目中引入新 的和擴展的驗證復(fù)雜性。在許多公司，模 塊和芯片分區(qū)并不是由同一辦公室中的一個團隊進行驗證，而是由全球團隊和多個利益相關(guān)方共同完成，盡管他們面臨著物理位置、時區(qū)和通信 等諸多挑戰(zhàn)，但仍必須以某種方式開展合作。在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備層面，并非所有模塊同時就緒，或在集成之前 完成，而這一事實還不是僅有的問題。將這些模塊合并在一起時出現(xiàn)的混合數(shù)據(jù)庫沖突（ LEF/ DEF、OASIS、GDS  等），往往還會揭示更多的驗證問題。

在傳統(tǒng)的全芯片驗證流程中，SoC   工程師在芯片級設(shè)計上所有復(fù)雜的層次化上下文和跨層次網(wǎng)絡(luò)運行電路驗證并執(zhí)行所有依賴連通性的規(guī)則，這一過程通常預(yù)期只需要一個夜晚的運行時間便可完成。如今這 些預(yù)期不再符合現(xiàn)實，而市場壓力有增無減。那么驗證工程師有哪些選擇呢？

電路驗證挑戰(zhàn)

在傳統(tǒng)的 LVS 驗證流程中，工程師在每次修改數(shù)據(jù)庫、編輯模塊或應(yīng)用錯誤修復(fù)后，需要一遍又一遍地 在設(shè)計數(shù)據(jù)庫上運行 Calibre nmLVS? signoff 工具。而每次 LVS 迭代都會驗證一系列的電路驗證要求，包 括連通性提取、器件識別、建立軟連接并報告其沖突、開路/短路路徑隔離、電氣規(guī)則檢查 (ERC)、高級 器件參數(shù)計算，以及詳細的版圖與電路圖比較等。這組廣泛的要求通常需要在一夜之間完成，適用于 signoff 過程，但對于早期（存在問題）的設(shè)計迭代而言可能并非最佳選擇。

與 DRC 或其他與形狀和幾何形狀有關(guān)的物理驗證不同，電路驗證的一個獨特之處在于其嚴重依賴連通 性，并且需要復(fù)雜的層次化上下文為完全執(zhí)行的 LVS 驗證奠定基礎(chǔ)，這使得設(shè)計分區(qū)或?qū)⒃O(shè)計分解為更 小部分變得幾乎不可能。即使與您合作的團隊在整個過程中都能花時間編寫腳本并且支持和維護內(nèi)部開 發(fā)的專門流程，也無法保證這些流程在電路驗證過程中不會出錯或能夠提供準(zhǔn)確的結(jié)果。

CALIBRE NMLVS-RECON 使用模型：改變 LVS 范式

Calibre nmLVS-Recon 解決方案的前提非常簡單 — 將基于迭代的使用模型與完整的 LVS signoff 使用模型分 開，并讓工程師無需投入 CAD 資源或更改晶圓代工廠規(guī)則集，便能輕松掌控這兩種使用模型。

Calibre nmLVS-Recon 流程通過為工程師提供快速反饋，使他們能夠快速分析、修復(fù)和驗證選定的設(shè)計問 題，大大加快了電路驗證迭代的速度。選項包括：

■ 歸類：專注于特定類型的違規(guī)

■ 優(yōu)先排序：首先解決影響最大的錯誤

■ 任務(wù)分配：使團隊能夠?qū)Ｗ⒂谝唤M特定的設(shè)計問題

■ 分區(qū)：拆分數(shù)據(jù)以簡化調(diào)試和根本原因分析

■ 數(shù)據(jù)復(fù)用：在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫和磁盤文件上進行增量執(zhí)行

■ 交互式方法：實時編輯以驗證問題是否解決，合并修復(fù)內(nèi)容，并加快調(diào)試周期

Calibre nmLVS-Recon 解決方案為早期電路驗證引入了一種更直觀的方法，僅執(zhí)行解決最高優(yōu)先級問題所 需的檢查。工程師可以輕松地在不同配置之間切換，并確定他們希望在每一輪執(zhí)行中重點解決的問 題。Calibre nmLVS-Recon 流程會自動確定必須執(zhí)行哪些電路驗證要求，以實現(xiàn)最高效率。Calibre nmLVS- Recon 迭代速度快、精益、高效，而且結(jié)果的調(diào)試難度降低了幾個數(shù)量級。

如圖 2 所示，完整的 Calibre nmLVS-Recon  解決方案將支持四個主要電路驗證類別：

■ 短路路徑隔離

■ 軟連接沖突

■ 電氣規(guī)則檢查

■ 電路/版圖比較

圖 2：Calibre nmLVS- Recon 流程滿足選定的 電路驗證要求。

短路隔離

優(yōu)先關(guān)注最棘手的問題

如果工程師可以在早期驗證期間優(yōu)先關(guān)注影響最大的問題，然后再逐步解決其他問題，將會怎樣？無論 如何，在存在問題的設(shè)計上總會遇到哪些影響較大的電路驗證問題？電路驗證和 LVS 比較的核心均以連 通性為基礎(chǔ)。我們在早期設(shè)計階段進行的多項設(shè)計分析表明，一個存在問題的平均規(guī)模的設(shè)計大約有 3 萬個短路路徑，設(shè)計人員必須對此進行分析和修復(fù)。團隊往往將早期階段 80% 的驗證時間花在分析和 修復(fù)短路上，有時需要花費幾周的時間來調(diào)試復(fù)雜的短路。

為什么這些短路如此復(fù)雜？事實證明，有幾個原因。當(dāng)復(fù)雜的短路牽涉到巨大的網(wǎng)絡(luò)或電源/接地網(wǎng)格短 路時，它可能會延伸至整個芯片。單個短路可能由許多短路路徑組成，必須對所有短路路徑進行分析， 以確保問題得到完全解決。設(shè)計中的短路和開路會影響在典型電路驗證階段（例如 ERC 或浮動節(jié)點檢 查）中執(zhí)行的其他分析的準(zhǔn)確性，而這些階段通常與連通性依賴關(guān)系有關(guān)，并且需要完整的層次化上下 文分析。因此，短路路徑的分析、隔離和調(diào)試是設(shè)計人員在早期設(shè)計階段遇到的主要痛點之一。

Calibre  nmLVS-Recon  短路隔離 (SI) 使用模型僅專注于短路隔離和短路路徑調(diào)試，從而僅執(zhí)行構(gòu)建短路隔

離分析所需路徑絕對必需的可選擇的連通性提取步驟。內(nèi)置選項使工程師能夠進一步劃定設(shè)計中特別感 興趣的那些區(qū)域：

■  層感知 SI 分區(qū)將設(shè)計劃分為層組，以分析特定興趣層上的短路：

–  后道工序?qū)优c前道工序?qū)?/p>

–  頂層金屬布線與模塊級布線

–  每個金屬對的增量分段

■ 網(wǎng)絡(luò)感知 SI 通過優(yōu)先針對設(shè)計中影響最大的網(wǎng)絡(luò)，重點分析關(guān)鍵短路，而這取決于網(wǎng)絡(luò)的大小及其 在整個芯片中的傳播方式。

–  專注于特定的網(wǎng)絡(luò)類型（電源/接地、信號/IO 等）

– 靈敏網(wǎng)絡(luò)隔離

–  優(yōu)先執(zhí)行影響較大的網(wǎng)絡(luò)分析

■ 自定義 SI 支持可自定義的輸入，以實現(xiàn)更精確的短路路徑分析并簡化逐個網(wǎng)絡(luò)的迭代 以下流程展示了如何在早期設(shè)計驗證中采用 Calibre nmLVS-Recon SI  使用模型。

1.  SoC 工程師啟動 Calibre nmLVS-Recon SI  流程，重點關(guān)注構(gòu)建電源/接地路徑的層。

2. 將結(jié)果數(shù)據(jù)庫與一組設(shè)計人員共享，進而由他們在電源/接地網(wǎng)絡(luò)上運行 Calibre nmLVS-Recon SI 流 程，每個流程選擇一組特定的層。

3.  團隊使用 Calibre RVE? 交互式 SI 功能快速隔離每個指定層上的短路。

4. 針對每項短路，設(shè)計人員實時編輯數(shù)據(jù)庫，運行 Calibre nmLVS-Recon SI 驗證的多次迭代，確保已修 復(fù)指定層的短路。

5. 修復(fù)所有層的短路后，批準(zhǔn)并保存設(shè)計編輯。

6. 團隊選擇另一組層并重復(fù)以上過程，直到修復(fù)所有電源/接地短路為止。

7.  團隊針對信號網(wǎng)絡(luò)重復(fù)以上 Calibre nmLVS-Recon SI  流程。

CALIBRE NMLVS-RECON SI 流程的結(jié)果

通過將 Calibre nmLVS-Recon SI 流程用于早 期設(shè)計的短路隔離驗證，設(shè)計人員可以將迭 代速度提高 10 到 30 倍，并且對硬件的要求 也更加精益。圖 3 說明了 BEOL 和選定層 SI 驗證與全芯片 LVS 相比所達到的迭代速率。

圖 3：使用 Calibre nmLVS-Recon SI 流程進行早期的短期 隔離驗證，可大幅縮短迭代運行時間并降低資源要求。

展望

Calibre  nmLVS-Recon 解決方案的未來增強功能包括增加使用模型來實現(xiàn)剩余的生產(chǎn)率目 標(biāo)：選擇性 ERC、軟連通性沖突分析，以及 電路/版圖比較。目標(biāo)保持不變：利用類似 的分區(qū)、歸類、優(yōu)先排序、數(shù)據(jù)復(fù)用和任務(wù)分配功能，實現(xiàn)快速識別、調(diào)試和修復(fù)可選擇的電路問題。通過將傳統(tǒng)上僵化、繁瑣且耗時的批處理 LVS 體驗替換為交互式使用模型，使設(shè)計人員能夠快速識別、分析、調(diào)試和修復(fù)選定類型的電路驗證問 題，Caliber nmLVS-Recon 解決方案提升了早期設(shè)計電路驗證的標(biāo)桿，提供直觀且易于使用的使用模型， 促使設(shè)計和驗證團隊可以更快、更高效地針對設(shè)計實現(xiàn)和驗證開展協(xié)作，以免影響其 signoff 流程。

作為不斷發(fā)展的早期設(shè)計驗證技術(shù)套件的一部分，Caliber nmLVS-Recon 解決方案使設(shè)計和驗證工程師能 夠更快、更高效地執(zhí)行早期電路驗證，從而全面加快交付計劃并縮短上市時間。

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