Cadence Voltus-功耗分析&IR-drop(三)

david 2022-03-12 09:00:12 10908

Cadence Voltus-功耗分析&IR-drop(一)Cadence Voltus-功耗分析&IR-Drop(二)上文讲了IR-Drop的原理及Static Rail Analysis,本文补讲IR-Drop有哪些危害及现象。

IR-Drop的危害及现象

  • “石头”一块

芯片回片后无法bring up,像块石头一样不工作,设计者可能怀疑芯片前端设计有重大问题,比如时钟、复位有问题,但前仿、后仿逻辑功能都正确。

全局性的IR-Drop问题,可试着增大电压,看芯片能否正常工作。

  • 概率性错误

芯片大体工作正常,但是在某些场景下、某些激励下(比如:bus总线所有bit全部翻转)会出现芯片局部IR-Drop或ground bounce严重到一定程度,无法驱动逻辑门翻转。可以理解为某些场景下芯片局部为“石头”,device器件的阈值电压无法满足,device器件根本不翻转,降频也无济于事。设计者可能怀疑RTL设计有功能bug,但前仿、后仿无法复现问题,逻辑仿真都正确,设计者可能又会怀疑Foundry的良率问题,实际上很可能是芯片局部IR-Drop问题。可试着增大电压,看芯片能否正常工作。

  • Timing Failures

芯片大体工作正常,但是在某些场景下、某些激励下逻辑门drive/transition time不满足,导致timing violation功能错误。可试着降频使芯片正常工作,但是这影响了芯片产品Performance,竞争力大打折扣。再来一版,时间成本、金钱成本等代价极高。

  • 时钟buffer

时钟buffer上5%的电压降,可降低其15%的速度,如下图clock buffer:

Inverter1的输出电压仅能达到VDD - IR-Drop,所以Inverter2的栅极驱动电压不足VDD,导致Inverter2的器件速度下降。

通常的,timing library会为一定范围内的IR-Drop预留margin,这部分margin叠加上SDC的timing margin约束在芯片设计实现上,若实际IR-Drop超过了一定范围,芯片则会fail。相反,若电源网络过设计,则占用了routing 资源,芯片面积也会变大。此外,为了预防IR-Drop,电源网络往往过设计,并且无法评估到底过设计了多少。

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转载:全栈芯片工程师

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