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芯片的IR drop是什么意思呢?

冬至子 ? 來源:偉醬的芯片后端之路 ? 作者:偉醬的芯片后端之 ? 2023-12-06 14:33 ? 次閱讀

IR這個詞并不是什么縮寫,這里的I就是指電流,R是指電阻,他們放在一起相乘,得出來的結果就是電壓。所以說IR drop就是指電壓降,哈哈,剛接觸芯片后端會看到太多縮寫,突然來個IR一時會反應不過來是電壓。

所謂電壓降,就是指從芯片源頭供電到instance所消耗的電壓,對于flipchip封裝形式,就是從bump到instance PG pin的電壓降。

Instance實際得到的電壓就是供電電壓減去電壓降的部分。比如bump接的外界輸入電壓Vdd 5V,Vss 0V,這個bump的電壓到某一個instance后,可能Vdd只剩4V,Vss變為1V,那么這個instance得到的電壓就只有3V,電壓降就是2V。

IR drop是芯片后端signoff的一項重要內容,必須保證IR drop不能過大,否則芯片可能會因為得不到所需的電壓而發生邏輯錯誤或停止工作。

這個IR drop也是會有相應spec要求的,一般會按照供電電壓的百分比來定,如果定了10%,對于5V的輸入來說,就要求IR drop不能大于0.5V。

IR drop分為靜態壓降和動態壓降,即static IR & dynamic IR。靜態壓降的計算不考慮電流隨時間的變化,或者說以很長一段時間內的平均電流代指instance的電流。

R值的計算也相對簡單,不會過多考慮電流趨膚效應對電阻的影響,可以由PG網絡抽取出R值,并認為它也是恒定不變的。

這樣,IR相乘得出靜態壓降也是一個不變量,算靜態壓降的意義在于可以快速評估芯片的PG網絡如何,powerplan是否做的足夠好。

如果出現許多static IR的violation,可能就需要重新調整PG網絡。那么,static IR的這個平均電流是如何得到的呢?

實際上,我們是先利用primepower等算power的工具先算出instance的power值,再根據power和instance的電阻得出流過他的電流。

Dynamic IR的計算相對復雜,它考慮了電流隨時間的變化,通過對芯片長時間的模擬,可以認為某個instance的電流是隨時間周期性變化的,相應的它的IR drop也會是一個隨時間變化的函數。

一般會有三個比較關心的指標:peak IR、average IR、RMS IR。Peak IR即為電壓降的峰值,我們需要保證峰值壓降也在可接受范圍內。

Average IR指的是每個周期的平均壓降,其實也有點類似static IR,但是計算方式會有所差異。

RMS IR指root mean squre IR,也就是算IR drop隨時間變化的方差,有的時候我們需要保證instance的電壓降要平緩的變化,RMS就可以反映電壓降隨時間的離散程度。

一般來說,dynamic IR的計算耗時很長,適用于找到個別instance的violation,而后針對性的調整某個instance。可以挪動它的位置到IR比較好的區域,也可以針對性的在某一塊補一些PG mesh。

我知道的IR分析工具有redhawk、redhawksc、voltus等。

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