STA | 12. 时序签核方法学及实战经验

上一篇在谈到《芯片中的偏差和风险控制》时，抛出了一个问题：如何对系统性偏差进行管控呢？这一篇将进行讲解。

在新工艺下对新产品进行静态时序分析时，我们首先需要考虑的是Signoff的scenarios（或者views）组合，每一个scenario由以下三部分组成：

（1）Operating Mode，即工作模式

（2）PVT Corner

（3）Parasitics Corner

其中的Operating Mode，可以分为Function Mode和Test Mode。对于大型的SoC芯片工作模式多种多样，特别是牵涉到不同子系统工作电压可变，甚至同一子系统不同功能模块的工作电压可变，排列组合出来的Function Modes数量可以达上百个，这部分与设计是强相关的。而Test Modes与DFT是强相关的，比较常见的有Scan capture mode，Scan shift mode，Bist mode，以及Jtag mode等等。

 

PVT Corners

顾名思义，PVT分别标明了工艺角快慢，电压高低，温度高低，一般是对有源器件而言，比如标准单元和IP等。同一档电压下，一般地可以分为以下几种PVT Corner：

（1）Typical，例如：typical_0p8v_25c，其特点有：

• typical process

• nominal power voltage

• nominal temperature (25c或者85c)

该Corner一般用于评估功耗，有些公司习惯可以选择25c，有些习惯选择85c，标准一致就行。按照统计数据，85c的leakage大约是25c的8倍左右，即温度每升高20度，leakage翻一倍。

（2）WCS，也称WC，例如：ssgnp_0p72v_125c，其特点有：

• slow process

• low power voltage （90% * nominal power voltage）

• high temperature

因为先进工艺下温度对管子特性的影响不是线性的，所以按照温度的高低，又有WCL（表示Low temperate，例如ssgnp_0p72v_m40c）和WCZ（表示Zero Temperature，例如ssgnp_0p72v_0c）两个。

（3）BCF，也称BC，例如：ffgnp_0p88v_m40c，其特点有：

• fast process

• high power voltage （110% * normal power voltage）

• low temperature

（4）ML，即Max Leakage，例如：ffgnp_0p88v_125c，期特点有：

• fast process

• high power voltage

• high temperature

 

Parasitic Corners

除了有源器件部分，无源的互联绕线也会有不同的工艺角，这里主要从寄生电容C和寄生电阻R来分类，寄生电感L的建模在特殊工艺或者更先进的3nm/2nm工艺可能会更多地考虑。

（1）Ctypical

特点：电容和电阻不偏大也不偏小，居中状态

（2）Cworst （或Max C）

特点：由于绕线在制造过程中发生宽度偏大/间距变小，导致电容偏大，相应地电阻偏小的状态，对于较短的绕线，总体的RC乘积是偏大的，造成绕线延迟偏大

（3）Cbest （或Min C）

特点，与Cworst相反，电容偏小，电阻偏大，RC偏小的状态，较短的绕线延迟偏小

（4）RCworst （或Max RC）

特点：对于较长的绕线，RC值有可能是由电阻R主导，假如在制造过程中宽度偏小，造成电阻偏大，电容偏小，然而总体的RC乘积是偏大的，较长的绕线延迟偏大

（5）RCbest （或Min RC）

特点：与RCworst相反，电阻小，电容偏大，RC偏小的状态，较长的绕线延迟偏小

在先进工艺下，引入了Double Pattern(DPT)之后，对于寄生参数提取又加入了新的需要考量的因素，即同一层金属两个Mask之间的间距偏差。因此有了下图的几个新的Parasitic Corners：

（1）Ctypical_CCworst

（2）Ctypical_CCbest

（3）Cworst_CCworst

（4）RCworst_CCworst

（5）Cbest_CCbest

（6）RCbest_CCbest

特点：在引入DPT之前的Corner的基础上加入CCworst或者CCbest，CCworst表示DPT的两个Mask间距更小，往总体电容变大的方向偏，而CCbest表示DPT的两个Mask间距更大的，往总体电容变小的方向偏。另外，寄生参数的提取也和温度有关，往往和PVT Corner的温度对应。不过，实际制造过程中也会发生不同层的金属处在不同Corner的情况，在这部分没有办法Cover，只能通过Net Derate，或者Clock Uncertainty去Cover了。

在实际项目中，需要注意的是：

（1）布局布线过程中选用的Corner要充分覆盖到Signoff Corner，因为有些Design中的长线较多，有些Design中短线较多 ，在选择Cworst/Cbest还是RCworst/RCbest时要综合考虑，如果runtime能够承受，可以同时都加上。

（2）由于工艺的需要，芯片的绕线空白区域往往不可避免地需要加一些Metal Fill，而这些Metal Fill往往对寄生参数提取的结果会造成影响，特别是对于绕线密度比较低的区域。因此建议在尽早带上Metal Fill去跑寄生参数提取。

（3）大家可能会想到，在Hard IP中既有有源器件Stdcell，也有无源的绕线，在Vendor提供IP的时候一般会有各个Scenario的.lib，包括不同PVT和Parasitic Corner的组合，在使用的时候需要一一对应，避免混用。