如今的集成電路（Integrated Circuit，IC）設(shè)計往往要求芯片包含多個工作模式，并且在不同工藝角（corner）下能正常工作。工藝角和工作模式的增加，無疑使時序收斂面臨極大挑戰(zhàn)。本文介紹了一種在多工藝角多工作模式下快速實現(xiàn)時序收斂的技術(shù)---MCMM（Multicorner-Multimode）技術(shù)，該技術(shù)將工藝角和模式進行組合，對時序同時進行分析和優(yōu)化，到達快速實現(xiàn)時序收斂的目的。該技術(shù)應(yīng)用于一個80萬門基于TSMC 0.152μm logic 工藝的電力網(wǎng)載波通信（PLC）芯片設(shè)計，設(shè)計實例表明，利用MCMM 技術(shù)不但可以解決時序難以收斂的問題，而且大大降低了芯片設(shè)計周期。

1 引言

隨著集成電路工藝的不斷發(fā)展，芯片受工藝、電壓、溫度（Process、Voltage、Temperature，PVT）的影響越來越嚴重，需要使用更多的工藝角來保證芯片在不同條件下能穩(wěn)定工作；與此同時，隨著芯片測試需求的增加和功能的增強，芯片的工作模式也在不斷增加，這給芯片版圖設(shè)計者帶來了一系列的困難，其中最困難的當然是如何快速實現(xiàn)時序收斂，縮短設(shè)計周期。設(shè)計者必須保證芯片在相同工作模式不同工藝角下的時序收斂，當工藝角和工作模式數(shù)量多的時候，使用傳統(tǒng)的方法來實現(xiàn)時序收斂絕非一件易事，需要大量的人工工作進行大量反復迭代，分析并消除模式之間的影響，有時甚至會出現(xiàn)時序難以收斂的情況。我們實驗室設(shè)計的PLC 芯片，正是采用了Synopsis 公司IC Compiler 軟件的MCMM 設(shè)計技術(shù)，完全放棄了傳統(tǒng)的時序收斂方法，有效加速了實現(xiàn)時序收斂，縮短了設(shè)計周期。

2 傳統(tǒng)的時序收斂實現(xiàn)方法

在傳統(tǒng)的時序收斂和分析方法下，版圖設(shè)計工程師需要在不同的工作模式之間來回切換設(shè)計約束進行分析優(yōu)化，以滿足同一時序路徑在不同模式下的時序要求，如圖1所示。

從圖1中可以看出，這種方法的缺點是版圖工具無法同時覆蓋到所有模式下的時序，必須以串行的方法來修復各個模式的時序，還必須保證修復過程中模式之間沒有影響，這無疑增加了各個模式之間的切換迭代次數(shù)和人工手動ECO 的時間。如果芯片的工藝角和模式越多，切換迭代次數(shù)就越多，工作量會大到讓設(shè)計者難以接受的地步。

3 基于MCMM 技術(shù)

快速時序收斂實現(xiàn)方法MCMM 技術(shù)實現(xiàn)時序收斂的基本思想是，工藝角和模式組成場景（scenario），版圖設(shè)計軟件IC Compiler"吃進"所有scenario 的時序約束，激活關(guān)鍵的scenario，讓軟件自行評估和優(yōu)化。同一條違例時序路徑可能出現(xiàn)在不同的scenario中，評估這條違例路徑在不同scenario中的時序裕量大小，例如一條路徑在scenario1 中的裕量為-1，在scenario2中的裕量為-0.2，則認為其在scenario1中的權(quán)重更高，在權(quán)重最高的scenario1 中進行修復。具體流程如圖2所示。

很明顯，與傳統(tǒng)方法相比，MCMM 技術(shù)將時序收斂的處理變以往的"串行"為"并行"，并且模式之間的影響完全交給版圖軟件來分析，省去了人工手動ECO的工作，從而大大減少了時序收斂的迭代次數(shù)和設(shè)計時間。

4 應(yīng)用舉例

以實驗室一款PLC芯片為例，具體介紹如何使用MCMM技術(shù)來加速時序收斂。

4.2 基于MCMM 的時序收斂實現(xiàn)

在同時激活10 個scenario 的情況下，會出現(xiàn)服務(wù)器內(nèi)存溢出，死機等狀況，導致設(shè)計無法順利進行。我們對這10 個scenario 進行了分析，其中MBIST_MAX,SHIFT_MAX,CAPTURE_MAX,MISSION 60_MAX 這4 個scenario 中，時鐘頻率最大的是MISSION60_MAX 中的60MHz，其余三個scenario 時鐘頻率只有10MHz，建立時間裕量都在9.9ns 以上，即使在修復過程中不激活，修復其它scenario 時帶來的影響在承受范圍之內(nèi)，也不會對后續(xù)的繞線產(chǎn)生影響；在MISSION90_MAX 這個scenario中，時鐘頻率是90MHz，建立時間雖然沒有違例，但是留下的裕量只有0.84ns，不足以抵擋修復其它scenario時帶來的影響；剩下的5 個scenario 中，都有保持時間違例，必須進行修復。基于以上分析，我們選擇同

時激活MISSION90_MAX, MISSION_MIN, MISSION 60_MIN, MBIST_MIN, SHIFT_MIN, CAPTURE_MIN這6個關(guān)鍵scenario 進行時序收斂，具體腳本如下：set_active_scenarios {MISSION90_MAX MISSION90_MIN MISSION60_MIN MBIST_MIN SHIFT_MIN CAPTURE_MIN}（激活關(guān)鍵scenario）foreach scenario [all_active_scenarios] {

current_scenario scenario set_clock_uncertainty -hold 0.2 [all_clocks]set_clock_uncertainty -setup 0.6 [all_clocks] set_prefer -min{tcb0152gbwp7twc/DEL015BWP7Ttcb0152gbwp7twc/DEL02BWP7T}set_fix_hold_options -preferred_buffer set_fix_hold [all_clocks]}（設(shè)定每個關(guān)鍵scenario 的時序裕量，用指定的std cell 來修復hold timing）update_clock_latency（更新clock 延遲）psynopt（進行時序修復）

4.3 結(jié)果分析

經(jīng)以上操作，6個scenario 的時序路徑同時經(jīng)過優(yōu)化之后，結(jié)果如表2 所示。

表2中結(jié)果表明，幾乎所有模式都已經(jīng)滿足了時序要求， 只有MISSION90_MAX 的scenario有setup 時序的違例，為了修復該違例，只需激活該scenario，重新一次“psynopt”就可以到達時序要求。

我們也嘗試用傳統(tǒng)方法來修復該芯片的時序，由于模式數(shù)量多，導致模式間來回切換次數(shù)多于20次，加上模式之間時序干擾嚴重，人工參與分析工作量很大，時序收斂所需要的時間遠遠多于用MCMM技術(shù)所花的時間，MCMM 技術(shù)優(yōu)勢非常明顯，具體結(jié)果如表3所示。

5 結(jié)語和展望

本文介紹了IC Compiler 的MCMM 同步優(yōu)化技術(shù)，用一個設(shè)計實例闡述該技術(shù)的具體實現(xiàn)過程，結(jié)果顯示大大節(jié)省了設(shè)計時間，也為版圖設(shè)計工程師解決了人工分析干預(yù)的難題，具有一定的實際應(yīng)用價值。在設(shè)計過程中我們從CTS 階段后才開始采用MCMM 技術(shù)來達到芯片時序收斂的目的，在今后更復雜，要求更高的設(shè)計中，把MCMM 技術(shù)應(yīng)用到一些關(guān)鍵步驟中，比如邏輯綜合和place 等，并且綜合考慮芯片功耗問題。

4.1 scenario 的定義

該芯片有2 種正常工作模式，時鐘頻率分別是90Mhz和60Mhz，3種DFT 測試模式，分別是shift模式，capture 模式和mbist 模式，需要工作在兩個工藝角下，WCCOM 和BCCOM，也就是5種模式2個工藝角組成了10 個scenario，每個scenario 指定對應(yīng)的寄生模型（TLU+ 文件），worst 和best，如表1所示。在WCCOM工藝角下檢查建立時間（setup time），在BCCOM 工藝角下檢查保持時間（hold time）。

定義scenario 的具體腳本如下：

create_scenario MISSION90_MAX （建立一個名叫MISSION90_MAXX 的scenario）set_operating_conditions \

-analysis_typeon_chip_variation \-max_library tcb0152gbwp7twc \-max WCCOM（指定時序分析類型和對應(yīng)corner下的lib 庫）set_tlu_plus_files \-max_tluplus ./test/cl0152g_lp6m_worst.tlup \-tech2itf_map ./techfiles/tluplus/star.map_6M（設(shè)定相應(yīng)corner 的RC 寄生模型）source . /netlist /KOALA_ASIC_TOP_compiled_pass3_mission_90_mode_post.sdc（讀入該模式的時序約束文件）。