9月20日舉行的2019年中國模擬半導(dǎo)體大會上,Cadence中國區(qū)技術(shù)支持總監(jiān)欒志雨帶來了主題為《中國模擬IC升級更需要借力EDA工具》的演講。" />

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模擬IC升級需要什么樣的EDA工具支持?

荷葉塘 ? 來源:電子發(fā)燒友 ? 作者:程文智 ? 2019-09-25 12:10 ? 次閱讀
IC設(shè)計離不開EDA工具的支持,模擬設(shè)計也不例外。在<電子發(fā)燒友>9月20日舉行的2019年中國模擬半導(dǎo)體大會上,Cadence中國區(qū)技術(shù)支持總監(jiān)欒志雨帶來了主題為《中國模擬IC升級更需要借力EDA工具》的演講,在本次演講中,他闡述了針對16nm及以下節(jié)點工藝的模擬IC設(shè)計需要注意的問題。
圖1:Cadence中國區(qū)技術(shù)支持總監(jiān)欒志雨。

流程規(guī)范化

目前大家普遍都認為數(shù)字芯片的設(shè)計流程更加規(guī)范和自動化,不過這幾年模擬芯片設(shè)計也在向設(shè)計流程規(guī)范化和自動化方向演進。隨著16nm及以下工藝節(jié)點的要求越來越嚴格,這就要求模擬電路設(shè)計流程也需要規(guī)范化和自動化
對于模擬設(shè)計來說,最難的是Spec的管理。Cadence從前年開始,跟國內(nèi)很多企業(yè)合作,推出了一個ADE(Analog Design Environment;模擬設(shè)計環(huán)境 ) Verifier工具,該工具也可以稱為ADE Planner,是一個模擬設(shè)計項目的規(guī)劃管理工具。
作為一個模擬設(shè)計工程師,在一個項目周期內(nèi),通常需要從撰寫/閱讀客戶需求或功能需求開始,最后到測試芯片性能,看其是否達到標準結(jié)束。在實際工作中,芯片測試的工作大多數(shù)時候是由測試工程師完成的,而模擬設(shè)計工程師則需要負責(zé)芯片的驗證,即通過電路仿真工具搭建的Test Bench,看設(shè)計出來的電路是否滿足產(chǎn)品需求中的要求。
在這個過程中,由兩個重要的指標:一是產(chǎn)品需求中的指標(Spec)都被驗證了嗎(覆蓋率)?二是驗證都通過了嗎(通過率)?解決這兩個問題后,還需要知道Test Bench中的Spec設(shè)置和產(chǎn)品需求中的Spec是否一致,因為在電路設(shè)計過程中,經(jīng)常會碰到Spec改動的事情。
欒志雨解釋說,如果使用ADE Verifier對模擬設(shè)計項目進行管理,就能夠很清楚地看到,哪些Spec是通過驗證了的,哪些是沒有通過驗證的,以及哪些還需要進一步分析的,一目了然。
對模擬設(shè)計而言,還有一個問題就是物理實現(xiàn)。其實模擬電路也是可以拆分的,拆分成一些更小的電路結(jié)構(gòu)。比如現(xiàn)在的代工廠就會基于此類結(jié)構(gòu),提供一些已經(jīng)經(jīng)過測試,良率可以達到一定保障的版圖,供模擬芯片設(shè)計公司選用。
欒志雨在演講中表示,這類版圖有很多就是使用Cadence的參數(shù)化單元Pcell工具來實現(xiàn)的。模擬設(shè)計工程師在進行版圖設(shè)計的時候,如果電路很大,就需要畫很多不同尺寸的MOS管,工作會變得很繁瑣。而如果使用Cadence最近推出的PcellDesigner工具開發(fā)就方便很多,當(dāng)需要畫一個MOS管時,只要調(diào)用出Pcell,在其屬性中填入所需要的參數(shù)(W、L、Gate number等等),就能方便地得到想要的MOS管。這樣可以避免單元的重復(fù)創(chuàng)建,大大減輕單調(diào)乏味的創(chuàng)建圖形工作。
他還特意指出,現(xiàn)在使用PcellDesigner還可以開發(fā)SuperPcell,將更加方便。SuperPcell指的是客戶可以用Coding的方式實現(xiàn)做LDO、或者是運放,這樣工程師在調(diào)參數(shù)的時候就會非常容易。
傳統(tǒng)的模擬設(shè)計都是從底層到頂層來進行設(shè)計的,但在先進工藝節(jié)點階段,這種設(shè)計流程會有一些問題。特別是在繞線資源和版圖資源相當(dāng)緊張的時候,因此,客戶希望能夠有從頂層到底層的設(shè)計流程來進行模擬芯片設(shè)計。因為從頂層開始設(shè)計,能夠幫助工程師在頂層、模塊層和單元層更為有效地進行規(guī)劃。
Cadence新推出的Design Planner工具可以為成熟工藝節(jié)點和高工藝節(jié)點的版圖設(shè)計提供先進方法,實現(xiàn)無縫銜接版圖-布局-布線的功能。同時,它也能夠嵌入到數(shù)字設(shè)計當(dāng)中,與數(shù)字設(shè)計同時進行。它具有的創(chuàng)新功能有:
層次化原理圖驅(qū)動版圖設(shè)計:結(jié)合了自上而下與自下而上設(shè)計方法的優(yōu)勢,避免單獨使用任意一種設(shè)計方法時而引起的缺陷;
層次可視化:用戶可在其設(shè)計階段隨時隨地根據(jù)需求輕松地查看或隱藏設(shè)計細節(jié),便于僅查看其所需的內(nèi)容;
層次及擁塞意識的布局及擺放:提供自動化和輔助生產(chǎn)力;
層次化布線和擁塞分析:提前提供真實的路布線及擁塞分析信息。
圖2:電子和系統(tǒng)設(shè)計發(fā)展趨勢。

In-Design嵌入

In-Design概念是在28nm時提出的,原因是隨著工藝節(jié)點越來越高,很多芯片是迭代研發(fā)設(shè)計的,有時候前一代芯片設(shè)計驗證是沒有問題的,迭代后的設(shè)計在后端仿真時會出現(xiàn)問題。In-Design就是把后端需要仿真的效應(yīng),比如LDE效應(yīng)、寄生效應(yīng)、EM效應(yīng)等都在前端仿真時實現(xiàn),以方便在流程中提前發(fā)現(xiàn)問題,提前預(yù)防和解決。
比如Cadence的Pre_EM check就可以提前做EM仿真,發(fā)現(xiàn)EM問題。欒志雨指出,其實相對布線造成的EM問題,device層的EM問題對后端的影響更大。因為布線造成的EM問題可以通過修改版圖,或者增加線寬等一些局部的修改來解決,而Device層的EM問題很難從后端進行修改,必須修改Device的尺寸,而修改尺寸會導(dǎo)致版圖出現(xiàn)問題。
那如何在前端的時候就發(fā)現(xiàn)Device層面的問題呢?Pre_EM check就可以幫忙解決。
當(dāng)然,前仿真不僅針對EM,也可以對LDE效應(yīng),EAD效應(yīng),以及布線的影響進行檢查。提前發(fā)現(xiàn)問題,以做出應(yīng)對方案。

多系統(tǒng)結(jié)合

近年來,芯片的設(shè)計和系統(tǒng)的結(jié)合越來越緊密。傳統(tǒng)的模擬設(shè)計IP,或者是STA是一個黑盒子,而Cadence最新的Liberate AMS讓模擬的STA不再是黑盒子了。AMS基于MX經(jīng)證明的技術(shù),具有激勵表驅(qū)動流程、自動偵測setup/hold約束、動態(tài)電路分區(qū)和靜態(tài)電路分區(qū)等功能。其獨有的特點有Deck目錄可追溯的特征描述、模擬電路的分區(qū)可微調(diào)、增強版的激勵表接口(可指定model、電壓、電流源和電壓源等。)、支持內(nèi)部節(jié)點識別,以及支持指定黑盒子單元(比如主動電阻單元、Verilog-A模組等等)。
此外,該工具也可以讓模擬的Power不再是一個黑盒子,以及芯片的襯底分析成為可能。
圖3:光電一體分析,目前Cadence的EDA工具支持硅光芯片設(shè)計和封裝實現(xiàn)。

結(jié)語

不論是電子設(shè)計,還是系統(tǒng)設(shè)計,其實一直都在不斷演化當(dāng)中,未來模擬設(shè)計的EDA工具也會發(fā)生改變,比如說將來一定會有大量的模擬芯片設(shè)計是基于云端并行和分布式計算的,模擬芯片的設(shè)計會有更加規(guī)范化的流程,以及會越來越多地用到機器學(xué)習(xí)。
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