【经验】DapuStor分享芯片开发流程中的重要步骤——门级仿真

2021-08-14 大普微电子
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一个芯片的开发,经历规格定义、详细架构设计、RTL编码、功能验证、后端物理设计到最终流片等阶段。每个阶段都要经过各种有效论证、验证和反复检查。


本次DapuStor芯片工程师要分享——芯片开发流程中一个重要的步骤——门级仿真,通常也称作后仿真。

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在讲解门级仿真之前,我们先要了解一下数字后端会把RTL代码变成网表时做了哪些事情。


RTL编码完成后,通过Lint检查,前端仿真验证后,会对设计执行许多步骤,如下图。这些步骤包括:

● RTL综合:将RTL映射到某种工艺库(通常我们所说的28nm、12nm工艺等等,DPU600就是用的12nm工艺),生成对应工艺库下的门级网表;

● DFT插入:插入扫描电路保证芯片的可测性;

● 内置自检(BIST)和内置自修逻辑(BISR):典型的Memory自检测试电路;

● CTS:对时钟的timing关系进行balance需要插入的buffer和反相器;

● 低功耗设计:低功耗设计时需要插入的isolation,power switch,retention单元等;

● 电源插入:各种高速接口(如PCIe,DDR,ONFI等),GPIO,芯片核心工作电源和地等。


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从上面可以看出,网表与RTL仿真的逻辑存在比较大的差异。一些在网表阶段插入的逻辑电路必须由门级仿真覆盖。另外一个比较重要的区别是,RTL仿真阶段的零延迟问题,即Verilog/SystemVerilog/VHDL仿真是在一种理想状态下,信号在传输过程中没有延时,数字信号从0-1或者1-0的跳变瞬间完成。但实际的电路中,情况并非如此。


在真实的芯片中,延时有线延时以及门延时。为了得到更可靠、更真实的仿真结果,除了对RTL进行仿真之外,我们会在综合完成之后,进行第二阶段的仿真,即对生成的门级网表,经过后端布局布线之后输出的延时信息文件(SDF)反标后,再次进行仿真,以发现前仿,综合约束可能存在的缺陷。门级仿真的时间会比较长,特别是现在SoC芯片的规模越来越大,跑完一个case经常需要几天甚至更长的时间。


所以,有人会问,综合之后会有形式验证,静态时序分析等工具,来保证网表的一致性和timing的收敛。那我们为啥还要耗时耗力去跑门级仿真呢?下面我们就来罗列一下门级仿真的主要作用。


● 发现时序约束错误:使用不正确的时序约束会导致你的DC等综合工具创建了时序错误,然后这些错误约束来运行Primetime等STA工具,导致这类错误的检查不能被发现;

● 发现BFM掩盖的错误:为了加快前仿真速度,一些模块会被替换成BFM(总线功能模型),这样会错过部分DUT功能的bug;

● 发现第三方IP错误:通常你公司购买的第三方IP在RTL仿真与GLS仿真有很多宏去区分,这可能会导致RTL仿真与GLS存在逻辑的不一致的bug未被发现;

● 发现时钟错误:典型的如你的RTL仿真的时钟是完美的1:1占空比,没有jitter,但在带SDF的GLS会产生实际芯片的不那么完美的时钟,这可能发现隐藏的bug;

● 发现复位错误:这个可以在GLS时发现可能的removal和recovery错误;

● 发现动态时钟频率切换错误:该逻辑只能在带SDF的GLS上进行验证,以检测时钟问题;

● 异步模块和端口的时序验证:通常异步逻辑会做类似CDC的静态flow来保证,但是在门级仿真中更能直观反映,从而发现可能异步时序约束的错误;

● BIST、BISR的验证:这些逻辑只在GLS中找到;

● DFT的验证:DFT逻辑也只能在GLS中找到;

● 低功耗流程验证(如UPF流程):低功耗设计时会在网表中插入ISO,Power Switch等额外的cell,这只有在带PG(Power/Ground)的门级仿真中才能完成电源逻辑的唯一真实测试。

● Power评估:门级仿真还有一个重要的作用是用来进行Power评估,通常构建一个toggle rate最高的case来跑带SDF的门级仿真,从而生成后端IR Drop需要的VCD文件。


上面列了这些多门级仿真的作用,相信大家能体会到它的不可或缺了。随着当今工艺越来越先进,芯片设计规模越来越大,GLS也变得越来越难。但对GLS的需求比以往任何时候都大。后端设计流程中,相比于RTL设计不存在的逻辑量增加了,再加上低功耗设计引入的时钟的复杂性,更增加了最终芯片无法时序收敛的风险。

一次流片(Full Mask)的费用和时间成本,不允许门级仿真可能发现的bug被忽略,所以即使现今拥有坚实的流程(Lint,LEC,STA)来保证验证的可靠性,GLS仍然是芯片开发后期必须的步骤,即使这家伙的确挺费时,不讨喜。未来DapuStor的芯片研发人员,也将不断进化和迭代技术,赋予芯片科技更优的解决方案。

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型号- DAPUSTOR J5300,ROEALSEN5 系列,HAISHEN5,DAPUSTOR R5300D,HAISHEN3,HAISHEN2,HAISHEN6,DAPUSTORJ 5100,DPU600,DPU800,HAISHEN3-XL,DAPUSTOR R5100D,HAISHEN系列,DAPUSTOR J5310,DAPUSTOR J5110,HAISHEN3系列,DAPUSTOR R5301,H3100,DAPUSTOR R5300,H3200,DAPUSTOR H390,DAPUSTOR R5101,DAPUSTOR R5100,BICS5,BICS6,YMTC X2,蛟容6,ROEALSEN6,HAISHE5-LITE,ROEALSEN5,XL-FLASH,蛟容5

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