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【读书笔记·VLSI电路设计方法解密】问题3:在最新工艺下,数百万-千万门级电路设计的挑战

在超深亚微米(90纳米及以下,本书成于2007年)环境下设计一个系统级芯片(数千万门及以上)是一项同时解决许多复杂且相互依赖问题的任务。所需的设计/实施/验证方法论是一个动态发展的过程,因为随着工艺技术的不断进步,所涉及的挑战也在不断变化。今天最突出的挑战如下:

  • 时序闭合。时序闭合通常是设计芯片中最困难的任务之一,因为逻辑门的时序行为(或速度)在设备制造和运行的不同温度、供电电压和工艺条件下变化很大。此外,逻辑门的速度还受到周围驱动和负载环境的影响。时序闭合意味着芯片必须在所有条件下可靠地以设计的速度(由时钟频率表示)运行。这并不容易实现,特别是当工艺缩小到更精细的几何尺寸,而线延迟在总延迟方程中占主导地位时。
  • 设计验证。现代系统级芯片(SoC)设备包含大量片上组件,如处理器、存储器、片上总线、特殊功能宏单元等。验证的任务是确保这些组件像设计的那样无缝地协同工作。随着集成级别的不断增长和设计尺寸的相应增加,这项任务所涉及的难度急剧增加。
  • 设计完整性。设计完整性包括串扰、IR压降、电迁移(EM)、栅氧层完整性(GOI)、静电放电(ESD)和锁存保护。芯片在交付现场应用之前必须消除这些问题。随着工艺技术的进步,这些问题将变得越来越难以解决。
  • 可测试性设计。设计必须能够检测生产缺陷。这种可测试性必须内置于芯片中。随着工艺几何尺寸的不断缩小,新的缺陷机制不断出现。因此,可测试性设计是工艺科学家、设计工程师和工具开发者持续研究的主题。
  • 功耗预算和管理。现代SoC芯片可以支持更多功能,并以更高的速度执行任务。因此,它们倾向于使用更多的电力。考虑到芯片的封装、散热和电池寿命,必须降低芯片的功耗。

  • 封装。随着芯片承载更多的I/O,并消耗更多的功率,且I/O信号以更高的速度传输,芯片封装变得更加具有挑战性。

  • 设计重用。SoC方法的特点是对组件进行集成,而不是设计单个组件。能够从以前的项目或其他地方重用的组件越多,开发成本就越低,项目执行速度就越快。

  • 软硬件协同设计。传统上,软件开发必须等到硬件(芯片)可用后才能开始。需要一种新的方法论或设计环境来解决这个问题。

  • 时钟管理和分配。随着芯片时钟速度的提高和时钟结构变得更加复杂,与时钟相关的设计问题将变得更加具有挑战性。

  • 漏电流管理和控制。当工艺几何尺寸缩小到90纳米以下时,器件漏电流急剧增加。这个问题已经从幕后走到了台前。

  • 可制造性设计。随着工艺几何尺寸的缩小,器件制造需要更严格的控制。这一事实给芯片设计过程带来了额外的约束。


http://www.mrgr.cn/news/45425.html

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