FFT处理器寄生参数提取和静态时序分析
摘要：本文在简要介绍寄生参数提取工具Star-RCXT和静态时序分析工具PrimeTime的基础上,对已通过物理验证工具Calibre DRC和LVS的FFT处理器版图用Star-RCXT工具进行了基于CCI的寄生参数提取,得到内部互连网络的详细寄生电容和电阻值。最后,用 PrimeTime工具进行了精确的版图时序分析。
关键词：FFT处理器;Star_RCXT;寄生参数抽取;Primetime;静态时序分析
引言
对于应用0.18mm及以下工艺的设计而言,二维提取进行Sign-off静态时序分析就显得有些粗略,而且精度不够。这是因为对于0.18mm及以下工艺,毗邻金属连线所产生的耦合电容在设计中已经成为不得不考虑的寄生参数,于是先进的寄生参数提取工具就可以检测到相同层次之间产生耦合电容的影响。因此对0.18mm 及以下工艺的设计,通过物理验证,在进行流片之前,需要用专门的寄生参数抽取工具将每一个节点的RC网络信息写成文件传递给设计,即所谓的反标,再用静态时序分析工具做精确的版图时序分析。
Star-RCXT工具介绍
Star- RCXT以其高精度、友好的用户界面以及和其它工具良好的结合成为目前业界比较流行的一款寄生参数提取工具,是专门针对0.18mm及以下工艺的寄生参数提取所设计的。它采用了二点五维的几何提取技术,达到了三维的提取精度,但比三维的抽取工具速度快很多,能够快速准确地对上百万门的设计进行全局的寄生参数提取。
用Star-RCXT进行寄生参数提取的条件
应用Star-RCXT进行精细寄生参数提取,还需要两个与工艺参数有关的文件：mapping文件和ITF(Interconnect Technology Format)文件。ITF文件是由晶圆代工厂直接提供的,它包含的信息主要有：工艺采用的各个层次(包括电介质、过孔和金属导线等),各个层次在工艺流程中的厚度、宽度等物理尺寸,各个层次的电气参数(如介电常数、方块阻值等)。Star-RCXT不能直接使用ITF格
式的文件,它提供grdgenxo 命令将晶圆代工厂提供的ITF格式文件转换成
Star-RCXT所需要的.nxtgrd格式文件,Mapping文件用于实现这种转换过程,将目标.nxtgrd文件中各个层次名称与设计数据库中的层名称相对应起来。
Star-RCXT支持的格式
寄生参数提取工具Star-RCXT支持多种格式输入,主要有Milkyway、Lef/Def、Hercules和Calibre格式。也支持多种格式输出,如输出格式为IEEE 1481标
准的SPEF(Standard Parastic Exchange Format)格式;输出与PrimeTime静态时序分析工具最有效对接的SBPF(Synopsys Binary Parasitic Format)格式;
输出格式包含了每一个节点RC网络信息的DSPF (Detailed Standard
Parasitic Format)格式;还有STAR、NETNAME、MW、CONLY等格式。因为寄生电容值与其毗邻的金属连线有密切关系,版图上一个图形有可能会影响到其相邻模块中某一条连线的寄生参数提取,因此寄生参数提取是针对flat版图,提取出来的寄生参数信息是不带有层次的。也正是由于这个原因,寄生参数提取一般需要花费较长的时间,并占用较大的硬件资源。
Primetime工具介绍
PrimeTime 是Synopsys公司提供的一个针对复杂全芯片进行静态时序分析的工具。PrimeTime可以集成于逻辑综合和物理综合的流程,让设计者分析并解决复杂的时序问题,提高时序收敛的速度。它是一种穷尽分析方法,不依赖于激励,分析检查电路或设计对象中的所有时序路径,包括无效路径,能够保证100%的覆盖率。它运行速度快,占用内存少,完全克服了动态时序验证的缺陷,适用于超大规模芯片系统的电路验证。
PrimeTime分析原理
PrimeTime 进行静态时序分析时把整个芯片按照时钟分成许多时序路径。路径的起点是时序单元的输出引脚或是设计的输入端口,路径的终点是时序单元的输入引脚或是设计的输出端口。根据起点和终点的不同,可将逻辑电路分解为图1中用虚线表示的四种路径,分别代表了以下四种类型: 路径1起始于输入端口,终止于时序单元的数据输入端;路径2起始于时序单元的时钟引脚,终止于时序单元的数据输入端;路径3起始于时序单元的时钟引脚,终止于输出端口;路径4起始于输入端口,终止于输出端口。
图1 逻辑电路中的四种时序路径
PrimeTime 工具把设计打散成一系列时序路径之后,沿每条路径计算延时。路径的总延时是该路径中所有单元延时和连线延时的和。单元延时为路径中从逻辑门的输入到输出的延时量,若没有提供反标延时信息,PrimeTime会根据工艺库
中提供的此单元延迟表来计算单元延时。典型的单元延迟表是输入传输时间和输出负载电容的函数,基于二维表格来计算每个单元的延时。对于在表格中找不到对应点的情况,可通过内插或外推表格中的值来获得当前条件下的延时值。连线延时是时序路径中从一个单元的输出到下一个单元输入的延时总和。PrimeTime可读取由专门提取工具得到的详细内部互联网络的寄生电容和电阻值,并基于此精确地计算连线延时,以完成精确的版图时序分析。
PrimeTime分析要求
静态时序分析的目的是保证设计中的以上四种类型路径可以满足建立时间和保持时间的要求。即无论其起点是什么,信号都可以被及时地传递到该路径的终点,
并且在电路正常工作所必需的时间段内保持恒定。如果建立时间和保持时间不能得到满足,触发器就无法采样到正确的数据。
对FFT处理器进行寄生参数提取和静态时序分析
当 FFT处理器完成版图设计,通过Calibre DRC和LVS进行Sign-off的静态时序分析时,可用专门的寄生参数提取工具Star-RCXT将每一个节点的RC网络信息写成文件传递给设计,再用静态时序分析工具PrimeTime读取由Star-RCXT工具得到的详细内部互联网络的寄生电容和电阻值,并基于此精确地计算连线延迟,做精确的版图时序分析。
对FFT处理器进行寄生参数提取
由于FFT项目采用Mentor公司的 Calibre工具进行DRC和LVS,因此寄生参数提取工具Star-RCXT采用的输入格式为Calibre,基于CCI(Calibre
Connectiity Interface)的Star-RCXT寄生参数提取流程如图2所示。
图2 基于CCI的寄生参数提取流程
在 Calibre中采用flat方式对FFT处理器进行LVS,通过LVS后自动产生SVDB 目录,并将配置LVS运行时设置的内容保存为lvsset文件。然后编写
query.cmd文件,该文件指定基于CCI的Star-RCXT寄生参数提取所需文件的位置,如标注的GDSII版图、层映射信息、顶层端口信息、理想版图网表、网络名信息、交互表等。编写好query.cmd文件后,在calibredrv工具的命令行中执行命令：Calibre- query svdb < query.cmd,会生成Star-RCXT寄生参数提取所需的文件,如包含多边形和连通性信息的文件xtalkdetailDRCLVS.agf、元件交互参考信息的文件xtalkdetailDRC LVS.ixf、网络交互参考信息的文件xtalkdetailDRCLVS.nxf、理想版图网表文件xtalkdetailDRCLVS.nl和器件表文件xtalkdetailDRCLVS. devtab等。
本设计用运行Star-RCXT命令文件(star.cmd)来进行寄生参数提取,在编写star.cmd命令文件时要输入：模块名称xtalkdetailDRCLVS、层映射文件SmicVTMP_LO_SRAM _MR_MM_HV_LC_018.map、电源/地网络名称VDD和GND、加
工工艺文件smic018.nxtgrd、提取参数的输出格式SPEF、提取网络的范围、是否要将耦合电容折算成对地电容、配置LVS运行的设置文件lvsset和指定进行基于CCI寄生参数提取所需文件位置的文件 query.cmd等。然后在Star-RCXT 中运行StartXtract -clean star.cmd命令即可完成寄生参数提取,输出文件名为xtalkdetailDRCLVS.spef。
对FFT处理器进行静态时序分析
首先在PrimeTime的启动文件(.synopsys_pt.setup)中设置与库文件相关的信息,如用set_link_library { * smic18_ss.db smic18IO_line_ss.db}命令来
设置链接库,用set target_library {* smic18_ss.db smic18_IO_line_ss.db}
