資料介紹
首先,我要強調,我不是做后端的,但是工作中經常遇到和做市場和芯片的同事討論PPA。這時,后端會拿出這樣一個表格:
上圖是一個A53的后端實現結果,節點是TSMC16FFLL+,我們就此來解讀下。
首先,我們需要知道,作為一個有理想的手機芯片公司,可以選擇的工廠并不多,臺積電(TSMC),聯電(UMC),三星,Global Foundries(GF),中芯(SMIC)也勉強算一個。還有,今年開始Intel工廠(ICF)也會開放給ARM處理器。事實上有人已經開始做了,只不過用的不是第三方的物理庫。通常新工藝會選TSMC,然后要降成本的時候會去UMC。GF一直比較另類,保險起見不敢選,而三星不太理別人所以也沒人理他。至于SMIC,嘿嘿,那需要有很高的理想才能選。
16nm的含義我就不具體說了,網上很多解釋。而TSMC的16nm又分為很多小節點,FFLL+,FFC等。他們之間的最高頻率,漏電,成本等會有一些區別,適合不同的芯片,比如手機芯片喜歡漏電低,成本低的,服務器喜歡頻率高的,不一而足。
接下來看表格第一排,Configuration。這個最容易理解,使用了四核A53,一級數據緩存32KB,二級1MB,打開了ECC和加解密引擎。這幾個選項會對面積產生較大影響,對頻率和功耗也有較小影響。
接下來是Performance target,目標頻率。后端工程師把頻率稱作Performance,在做后端實現時,必須在頻率,功耗,面積(PPA)里選定一個主參數來作為主要優化目標。這個表格是專門為高性能A53做的,頻率越高,面積和漏電就會越大,這是沒法避免的。稍后我再貼個低功耗小面積的報告做對比。
下面是Current Performance,也就是現在實現了的頻率。里面的TT/0.9V/85C是什么意思?我們知道,在一個晶圓(Wafer)上,不可能每點的電子漂移速度都是一樣的,而電壓,溫度不同,它們的特性也會不同,我們把它們分類,就有了PVT(Process,Voltage, Temperature),分別對應于TT/0.9V/85C。而Process又有很多Conner,類似正態分布,TT只是其中之一,按照電子漂移速度還可以有SS,S,TT,F,FF等等。通常后端結果需要一個Signoff條件(我們這通常是SSG),按照這個條件出去流片,作為篩選門檻,之下的芯片就會不合格,跑不到所需的頻率。所以條件設的越低,良率(Yield)就會越高。但是條件也不能設的太低,不然后端很難做,或者干脆方程無解,跑不出結果。X86上有個詞叫體質,就是這個PVT。
這一欄有四個頻率,上下兩組容易區分,就是不同的電壓。在頻率確定時,動態功耗是電壓的2次方,這個大家都知道。而左右兩組數字的區別就是Corner了,分別為TT和SSG。
下一行是Optimization PVT。大家都知道后端EDA工具其實就是解方程,需要給他一個優化目標,它會自動找出最優局部解。而1.0V和0.9V中必須選一個值,作為最常用的頻率,功耗和面積的甜點(Sweet Spot)。這里是選了1.0V,它的SSG和目標要求更接近,那些達不到的Corner可以作為降頻賤賣。
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