一切煩惱的根源來源于執念,串擾和噪聲則來源于電容兩端電壓差不能突變。串擾可以定義為一條Net電平變化導致鄰近的net電平的波動。這種波動可能對受害Net的時序帶來變化,甚至可能造成功能的錯誤。
在90nm,65nm及更先進工藝,串擾和噪聲的影響越來越嚴重,主要原因還是在于繞線更密,頻率更高,電壓更低。
串擾
串擾是一直困擾著后端和EDA工具的一個問題。做過先進工藝的同仁應該深有體會,在Place和CTS階段,時序已經優化得不錯,但是Route之后,引入了Delta Delay,時序立即惡化,需要通過幾輪Post-Route優化才能勉強恢復到Route之前的狀態,即便如此,功耗和面積也會有很大犧牲。其原因在于Pre-Route階段不存在真實的繞線,沒辦法精準預估繞線之間串擾的影響。
隨著機器算力的快速增長,以及EDA公司在逐漸普及AI技術,老本相信這個問題應該最終會得到解決,因為AI的本質在于預測。通過不斷地學習,建立在布局階段去預測布線之后串擾的深度學習模型,從而能夠在布局階段相對精準地預測串擾將會帶來的影響。或者更簡單粗暴一點,仗著算力夠用,在布局階段就直接用Detail Route Based的Placer引擎。
PT進行SI分析需要特別注意以下SI相關命令是否正確:
...
#使能Crosstalk/SI分析
set si_enable_analysis true
#指定composite aggressor模式
set_app_var si_xtalk_composite_aggr_mode statistical
#指定victim和aggressor窗口對齊模式
set_app_var si_xtalk_delay_analysis_mode all_path_edges/all_path
...
read_parasitics -keep_capacitive_coupling ...
...
#在timing path中顯示Delta Delay一欄信息
report_timing -crosstalk
窗口
時序窗口是指信號在通過不同的路徑到達某條Net時,時間上有快有慢,最長路徑延時和最短路徑延遲之間的差值就是時序窗口的大小。如下圖所示中,信號線A1, A2, A3和V都有各自的時序窗口。對于信號線V來說,A1, A2, A3都與之有重疊窗口(overlapping timing window),而A2和A3之前是沒有重疊窗口的,A1和A3可以認為有部分重疊窗口。那么在計算信號線V的Delta Delay時,將其分成3個階段:第1階段,A1和A2同時對V造成影響,Delta Delay = 0.12 + 0.14 = 0.26;第2階段,A1對V造成影響,Delta Delay = 0.14;第3階段,A3對V造成影響,Delata Delay = 0.23。這種情況下,信號線V的Delta Delay取最差值0.26。
需要注意的是,上面考慮的Net之間是同步的情況下,如果兩條Net相關的clock是異步的,處理的方式會有很大不同。假如是設成Async,那么計算Delta Delay采用的是無限時序窗口,考慮的是最悲觀的可能情況;假如是設成Logic Exclusive,那么只有在有重疊窗口的情況下才去計算Delta Delay;假如設成Physical Exclusive,無需考慮串擾的影響,不計算Delta Delay。假如Net相關的clock設置成False Path,處理方式和Synchronous相同,所以在設置Clock異步關系時要特別小心。總結如下表:
CRPR對Delta Delay的處理
以上圖中Path為例,在Clock Path的公共路徑上如果有串擾造成的Delta Delay,這一部分Delta Delay會不會被CRPR機制影響,進而被取消呢?答案是:在計算Setup時,Delta Delay不會被CRPR影響;而在計算Hold時,Delta Delay會被CRPR影響。原因在于:
(1)計算Setup時,Launch Clock和Capture Clock采樣一般發生在不同的時鐘沿,所以Aggressor對兩個時鐘沿的影響是不同的,考慮到最差的情況,這部分的Delta Delay不能被取消。
(2)在計算Hold時,Launch Clock和Capture Clock采樣一般發生在相同的時鐘沿,Aggressor對兩者的影響是一模一樣的,既然在公共路徑上,這一部分Delta Delay是可以通過CRPR機制取消的。
那么如何降低串擾的影響呢?從本文闡述可以看出,主要的方法還是隔離,例如Shielding和加大線間距等,另外一種有效的方式就是錯開特定走線之間的時序窗口。
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