P&R 4

Posted 2022-08-21 lelin

Floorplan

要做好fp需要掌握哪些知识和技能？

通常遇到fp问题大致的debug步骤和方法有哪些？

如何衡量fp的QA？

 

通常FP是做PR 最关键也最具技术含量的一个环节。相对于后续的PR步骤，工程师对fp有着很大的自主权，但同时对工程师专业知识的广度和深度都有着较高要求。如果你需要负责一个有一定规模的芯片的顶层FP设计，那么你需要具备以下方面的知识。

• 网表层次结构和dataflow：一般情况下同一hierarchy下的memory在做FP时是放在一起的，它们的位置并没有硬性的规定，但是memory的位置会影响到stdcell的摆放，进而影响到最后timing的收敛，所以fp的designer需要了解整个design的dataflow，知道模块间的数据流向和交互，以此为依据来推算出每个模块所对应的memory的摆放位置。此外对于规模较大的FP，顶层FPdesigner还需要做一些模块切分，划分出一些规模较小的sub-block，以此来缩短整个芯片的设计周期。这也要求designer对网表结构，模块规模有较深的认识。

• timing constraint （SDC）：SDC里定义了时钟的名字，源头和频率，所以designer必须了解SDC才能分辨出design中哪个clock和相关的memory是最关键的，哪些是相对比较容易满足timing要求的，再据此来安排FP的摆放。

• 芯片封装类型，以及所使用到的IO和 IP的工作特性：顶层FP的设计还需考虑到芯片所选用的封装类型（比如flipchip或wirebound），不同的封装形式对IO的要求也是不同的。另外一些特殊IP（比如一些模拟器件）也会有一些特殊的物理设计需求，比如它的位置由于封装的原因可能是固定的，不能随便安放；它pin上的金属线连接有特定的电阻和电容要求等。所以在做FP之前，必须熟读IPvender提供的user guide。

• 芯片所用工艺对FP 的特殊要求：不同的工艺对FP的要求也是不同的。在以前比较老旧的工艺节点上，特殊的FP要求并不多。但进入先进工艺节点后，尤其是进入FinFET工艺后，foundry对FP有许多特殊要求，比如cell不能随便翻转，需要加TAP CELL， BOUNDARY CELL，需要创建一些特殊的row或者layer等。所以必须对相关工艺节点的知识有充分的了解。

• UPF和low power的相关知识：如果你做的是一个带UPF的low power design，那么你还必须掌握一些low power的知识和技术。比如power switch一般都是FP designer来创建，power switch的数量，分布和连接都需要designer通过分析和多次迭代尝试来得到。

• Power分析的相关知识：对于FP来说，供电网络（PGnetwork）的创建也是一个难点，用哪几层金属做PG连线，用多大的pitch，多宽的线宽，什么样的连接方式都不是一口就能答上来的问题。PG线太宽会减少signal route的资源，太窄会有IR drop和EM的问题。所以FP designer还需要和做power分析的人合作来确定一个合适的PG网络。

 

由于FP所涉及的因素和环节比较多，很难总结出debug fp问题的一些通用的方法和流程。我的建议是可以在早期就做一些FP的DRC check，还有IO ring的单独的LVS，让潜在的问题尽量在早期暴露出来，避免时间上的浪费。另外也是在早期去做一些power分析，检查电源网络是否满足IR drop和EM的要求。

 

衡量一个FP的好坏并没有一个固定的标准，一般来说能使得后面的PR流程顺利进行下去，能满足timing，DRC，power要求的FP都是一个成功的FP。当然，也有一些固定的指标我们是可以去考量的，比如说尽量少的面积浪费（节约成本），尽量多的block reuse（减少人力成本）等。此外，对于同一个design，如果你做出的FP和其他人相比能更快的达到timing和DRC收敛，那么我们会认为你的FP的QA高于其它FP。

 

Placement

要做好placement需要掌握哪些知识和技能？

通常遇到placement问题大致的debug步骤和方法有哪些？

如何衡量placement的QA？

 

相比FP，Placement更多的是对EDA工具能力的考验。所以，对工具的掌握也就成了最重要的一个技能。Designer需要知道工具有哪些命令或者变量是可以优化timing的，哪些命令可以优化power。当然designer也需要清楚design的特性才能更好地使用工具，精准地找到对应的命令和flow。比如你需要知道你的design难点在哪里，是timing还是congestion，针对不同的困难你所需要的flow也不同。

 

通常遇到的placement的问题都和timing或者congestion有关。Timing violation较大时，可以先报出WNS对应的timingpath并逐行分析，看看有没有不合理的cell delay或者net delay。如果有，再分析是由什么原因引起的，是FP不合理造成的还是工具行为不合理造成的，然后再做出相应的调整。如果是FP引起的，还需要调整FP再重新跑placement。如果遇到congestion严重的情况，一方面可以调整工具的一些选项或命令，另一方面也有可能需要调整FP。

衡量placement的结果也是基于PPA三个指标，timing、power合理，没有congestion的问题，我们就认为placement的结果能够接受，可以接着进行后续的PR步骤。

• 合理的timing WNS和TNS

• 合理的congestion overflow

• 合理的cell density （std utilization一般不能增加太多）

CTS

要做好CTS需要掌握哪些知识和技能？

通常遇到CTS问题大致的debug步骤和方法有哪些？

如何衡量CTS的QA？

 

做CTS需要了解和考虑的要点：

• 工具做CTS的主要feature和命令

• 时钟结构，主时钟及频率，最快时钟及频率

• Library中clock buffer/inverter 的特性

• Clock需要用到的NDR rule

• 如何做func mode和scan mode的CTS

 

做CTS遇到问题的时候大多数情况下designer都需要用工具报出clock path，看看CTS的问题具体发生在哪个节点，然后还需trace clock structure，看看时钟树的连接关系，找出问题原因。

 

衡量CTS QA的因素：

• 较短的clock latency

• 较小的clock skew

  ROUTE

  要做好route需要掌握哪些知识和技能？

  通常遇到route问题大致的debug步骤和方法有哪些？

  如何衡量route的QA？

   

  做ROUTE需要了解和考虑的要点：

  • 工具做ROUTE的主要feature和命令

  • Design所用到的工艺的物理特性

  • Design中是否有特殊绕线要求的net存在

  • 如何尽量避免noise的影响

   

  常见的route问题：

  • 大量routingDRC：可能是routing congestion引起的，可以通过查看congestion map来检查，如果是由于congestion引起，可能需要修改fp，或改变placement流程来改善congestion情况。

  • 如果大量DRC都是发生在同一cell类型上，可能是这个类型的cell的layout出现问题

  • 有可能是不恰当的routing设置引起大量的DRC。

   

  衡量route QA：

  • DRC 数量越少越好

  • Noise越小越好

  • Total Routing length 较短

• 较少的clock buffer/inverter 数量

 

DRC

要做好DRC需要掌握哪些知识和技能？

通常遇到DRC问题大致的debug步骤和方法有哪些？

 

解决DRC问题主要要了解相关工艺的design rule，只有这样才能真正理解DRC violation的意义和原因。