設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)碰到一些非常復(fù)雜的邏輯，組合邏輯層數(shù)非常多，往往造成無法滿足設(shè)計(jì)的時(shí)鐘頻率要求。

Cadence綜合工具Genus支持retime技術(shù)。

Retime技術(shù)的原理非常簡(jiǎn)單。例如下圖，兩級(jí)flop之間的組合邏輯太大，限制了時(shí)鐘頻率。

Retime技術(shù)類似pipeline。Retime技術(shù)在兩級(jí)flop之間插入retime stage flop，把復(fù)雜的組合邏輯分割成里幾個(gè)部分，每個(gè)部分的組合邏輯層數(shù)都相對(duì)較小，使得每一級(jí)都能工作在較高的頻率，從而滿足整個(gè)設(shè)計(jì)的時(shí)鐘要求。

當(dāng)然，retime技術(shù)不是“免費(fèi)”的。

-插入了中間級(jí)，latency增加了。上圖中l(wèi)atency增加了3個(gè)cycle。

-插入了中間級(jí)flop，面積功耗都會(huì)大一些。

下面是一個(gè)實(shí)例。這個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)乘+加(multiply-add)運(yùn)算。這類運(yùn)算在DSP中很常見。這里的乘法器是16位輸入乘16位輸入，得到32位結(jié)果，再和符號(hào)擴(kuò)展(sign extended)后的第三個(gè)輸入相加。

綜合用Genus，target 65nm的庫(kù)。順便插一句，很多朋友總以為只要上了先進(jìn)工藝，timing的問題就解決了。做產(chǎn)品與做科研不同。做產(chǎn)品是要講成本的。上了先進(jìn)工藝只能說明你資金充裕。使用成熟工藝，雖然慢很多卻能實(shí)現(xiàn)一樣的performance，這才是真正的設(shè)計(jì)能力。

首先來看看最直接的實(shí)現(xiàn)方案。這里輸入鎖存后再運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果鎖存后再輸出。這樣做屏蔽了input delay，output delay對(duì)運(yùn)算邏輯timing的影響，可以更好地評(píng)測(cè)運(yùn)算邏輯的速度。

這里也可以看到，手動(dòng)插入pipeline stages很難，尤其是乘法運(yùn)算。這是一個(gè)整體，無法手動(dòng)切割。當(dāng)然有朋友可能會(huì)說，例化Synopsys DesignWare里的multi-stage multiplier。那樣當(dāng)然也是可以的，優(yōu)缺點(diǎn)你也知道了，這里就不贅述了。

Genus綜合后最差的路徑如下。

時(shí)鐘周期為9ns，positive slack 26ps，能滿足。也就是說這個(gè)實(shí)現(xiàn)方案最多也就是只能跑110MHz左右。如果系統(tǒng)的要求是400MHz，這個(gè)最直白的實(shí)現(xiàn)方案顯示是不行的。

下面再來看看使用Genus retime技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法。在這個(gè)實(shí)現(xiàn)中把multiply-add放到了一個(gè)獨(dú)立的module中，這樣做是為了在Genus綜合中單獨(dú)將這個(gè)module的retime打開。

Genus綜合時(shí)在syn_generic之前關(guān)閉整個(gè)設(shè)計(jì)地retime，打開multiply_add_pipeline模塊地retime。

Genus綜合結(jié)果如下。

可以看到，時(shí)鐘提高到了2.5ns (400MHz)，依然能滿足，slack為0。

這里還要提一下，Genus retime的算法非常聰明。RTL里我們給了中間三級(jí)32*3=96個(gè)DFF，實(shí)際上最后Genus并沒有全部用掉96個(gè)DFF，只用了2+9+31個(gè)DFF置換為retime中間級(jí)flop，其余的都優(yōu)化掉了。可以說Genus retime真的很“省”。

總結(jié)一下，Genus retime技術(shù)通過移動(dòng)pipeline flop的位置將復(fù)雜組合邏輯分割成幾級(jí)，可以大大提高電路的速度。

審核編輯：黃飛