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EDA/IP  

如何解決使用兩種實體驗證流程帶來的問題

上網時間: 2003年05月31日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:Physical Verification  實體驗證  SoC  系統單晶片  CAD 

儘管在IC設計過程中針對不同部份可以選擇不同的EDA工具,但實體驗證貫穿從版圖設計到投片整個過程,如果使用不同的實體驗證工具會引起前後不連續,因而導致產生錯誤,使投產延遲,而且在製造時也會出問題。本文討論使用不同實體驗證工具帶來的問題,並介紹如何加以解決。

隨著系統單晶片(SoC)設計普及,實體驗證成為半導體公司、代工廠、晶圓廠以及單元庫、IP和設計服務供應商之間進行數據傳遞的關鍵環節,成功的SoC元件整合取決於成功的實體驗證。很多公司傳統上支援兩種實體驗證工具流程,即互動式(單元╱模組)和批次處理(大型模組╱全晶片)驗證工具,每個設計流程根據設計元件的類型和設計人員使用工具的方式而選擇不同的工具。

SoC設計要求在互動式和批次處理兩個階段都進行設計規則檢測(DRC)和版圖與原理圖對照(LVS)實體驗證。在設計流程開始或在設立標準單元庫╱模組時候用互動式工具對小單元和模組進行驗證,此時設計人員需要與版圖設計工具不斷地交換資訊,然後開始驗證,在版圖設計環境中對結果進行除錯,不用再做其它設置。在這個階段,版圖設計、驗證和除錯結合得非常緊密,無論什麼原因脫離版圖設計環境都會使流程出現偏差。圖1:在互動式和批次處理驗證中使用不同的實體驗證工具會造成流程不同步,使驗證結果出現差異。

和上述情況相反,當設計規模超出互動式驗證工具的範圍,或者精密度是頭等重要的時候,通常應用批次處理工具。與互動式工具相較,批次處理用戶需要更全面的命令和複雜處理模組,為了實現最佳性能,批次處理工具充分利用先進的驗證模組,如分層檢查和多處理執行(很多單數據‘執行緒’執行在多個處理器上)以縮短整個驗證的時間。

由於待處理數據量很大,驗證執行時間需要幾小時才能完成,正因為此,使用批次處理工具的設計人員通常開始執行後就去執行其它任務直到執行結束,然後再回過頭除錯。批次處理的工具也可作為指定的簽出(sign-off)工具,確認晶片可以投產並提供給晶圓廠或代工廠進行製造。

這種採用兩種驗證工具的驗證環境需要用到不同的規則文件,這些規則文件之間的不連續在單元和模組進行全晶片整合時會引起嚴重的分歧,不連續還會導致製造問題。

兩種流程的差異

在不同流程內有兩種工具完成類似的微調任務,表面上看起來很好,但實際上這種環境很容易出問題。微調顯示在每次改進驗證流程時,必須不斷校準每個工具才能得出相同的結果,這需要寶貴的時間和資源,並可能使流程更新延遲。

另外,應用兩種模型要求分別維護互動式和批次處理實體驗證工具及其各自的規則文件,這種分離會在工具、規則文件和驗證結果之間產生差異。例如在批次處理驗證期間發現一個互動式驗證漏過的單元設計錯誤,將會使整個實體驗證流程受到質疑。

如果出現‘有的錯誤發現,有的錯誤漏掉’情況時,設計人員必須查明為什麼會漏掉錯誤,以及在進行驗證之前要採取哪些行動。僅僅改正錯誤會對其他人員的設計部份造成不利影響,追蹤這些差異需要多個設計人員和CAD工程師共同參與,他們必須在一起確定下面的問題:


1. 在報告有錯誤時,互動式和批次處理工具究竟哪個是正確的?


2. 誰應該‘負責’或解決這個錯誤?


3. 工具之間為什麼有差異?


4. 在今後設計中怎樣消除這些差異?

差異顯示存在下列兩種情況之一,即互動式規則文件與代工廠標準批次處理規則文件不同步,或者互動式工具不能為現代深次微米製程所需的複雜檢查進行編碼。

認識到差異並‘承認’錯誤之後,設計人員必須對版圖進行修復,CAD工程師則需要更新驗證流程。但如果錯誤是在庫單元或IP模組?,設計人員可能無法隨意地更正或更改,這些模組的修訂控制使得更新難於進行,而且外購的IP不能保證改變後仍然工作正常。解決這些問題不僅要耗用寶貴的CAD資源,還會造成設計和投產延遲,所以了解產生差異的原因是防止將來再次出現的關鍵(圖1)。

每個驗證工具都有自己的處理引擎和規則文件語法,處理引擎的工作方式差不多,但在性能上有很大差異。更多是為滿足速度要求的互動式驗證工具,可能不包括進行複雜檢查的批次處理驗證能力,在很多情況下,某些規則不能針對互動式工具進行編碼,這樣在用批次處理工具時就會有元件整合問題,這就是批次處理模式下互動式工具驗證過的單元和模組中還會發現錯誤的主要原因。

為互動式和批次處理流程編寫的規則文件經過編碼後,再按代工廠或晶圓廠規定的規則文件規格去檢查錯誤,這些設計規則規格可以保證可製造性和最大產量。在半導體公司,規則文件是執行規格,根據特定設計類型的性質,可以增加規則以進一步加大產量增強性能。製作和保持這些規則文件比較困難且費時,在兩種驗證環境下,CAD工程師的工作量必須加倍才能支援兩種不同的規則文件,確保其編寫符合規則規格。

代工廠和晶圓廠的規則規格不斷在發展,因此設計規則文件必須經常升級以適應這些變化,然而維護並不總是有效及時的,造成規則文件過時有幾個原因:

1. 代工廠為幾個驗證工具提供規則文件,但可能沒有同時對所有規則文件進行升級,一般首先是對內部使用的工具,然後對為其它工具設計規則文件。必須使用代工廠最新的規則文件以避免設計被退回。

2. 設計人員可能會指定進行其它檢查,並將其添加到代工廠規則文件?,或者從內部製程規格中製作新的規則。在兩種驗證流程?,使用互動式工具和批次處理工具的工程師會對規則規格給出不同的解釋,造成互動式規則文件和批次處理規則文件之間出現差異。

3. 在投產期間,可以把增加的檢查放入批次處理簽出工具規則文件中,以提高產量或滿足設計約束條件。這些新規則可能沒有加到用於互動式驗證的規則文件?,造成以後設計投產時出現差異。

規則文件不同步不僅使全晶片整合更加困難,而且會使製造停頓,直到差異解決為止。

其它隱性費用

支援不同實體驗證工具還會造成其它一些費用。如版圖設計人員和CAD工程師需要花費大量時間查找、修復和重新驗證各自設計和流程,投產和CAD開發會被延遲。

支援兩種驗證流程還需要專門的資源,負責流程製作、鑑定、執行和日常維護。雙工具驗證流程要花很多時間製作執行,比只用一種工具時間長,而且完成之後,還需要其它CAD資源解決流程中的差異問題。

培訓和學習也要花費時間和資源,工程師必須掌握每種驗證工具的知識,再加上每種工具還有自己的調用和除錯環境。用戶可能具有互動式工具的使用經驗,而當設計規模需要用到批次處理時很難應用批次處理工具,缺乏批次處理╱簽出工具使用經驗將很難解釋驗證結果。由於時間有限只能得到一種工具應用技術,所以設計人員必須依賴CAD小組協助完成驗證工作。

單一工具的優點

對於互動式和批次處理驗證只使用一種功能強大的實體驗證工具對兩種應用模型都有好處。設計人員進行交互驗證時,可以很容易地調用DRC和LVS,選擇規定的檢查以及驗證設計各部份,並可在圖形方式下除錯結果而不用離開版圖設計環境。由於版圖設計工具有一個簡單的圖形用戶介面,互動式設計人員可在保持其獨有應用模型時,快速執行迴圈驗證。將全晶片驗證功能延伸到單元╱模組可使交互設計人員確信單元和模組設計都是正常的,不會在全晶片組裝時出現錯誤或延遲。

進行批次處理驗證的工程師也能保留他們所需要的速度、性能和可升級性以使用批次處理╱簽出工具驗證大的模組和整個晶片,同時也有一定的靈活性,並對含各種類比╱混合訊號元件的大型SoC有更深入的認識。

還有一個主要優點是更快的設計周期有助於滿足目前對上市時間的要求,設計周期縮短主要有三個原因。首先,一個完全相容和整合的工具流程能讓設計人員利用已有的大量全晶片規則文件進行單元-模組驗證,而且互動式設計人員能應用世界領先代工廠提供的規則文件。

其次,因為消除了規則文件不同步和工具限制之間的差異,設計人員可在晶片裝配期間節省寶貴的時間,這對趕在投產最後期限之前完成任務很重要;另外還能在設計過程早期而不是後期發現和更正實體驗證錯誤,如果後期再進行反覆會拖延設計進度。

第三,只用一種工具模型可使設計人員對工具更加熟悉,了解更深入,使用效率更高,因而節省時間。設計人員熟悉以後,新成員就能很容易得到培訓,問題解決得更快,設計決策更加迅速。同時,單一工具模型還減少了因多個驗證工具而產生的維護工作量。

如何選擇最佳實體驗證工具

選擇一種既適用於互動式又適合於批次處理驗證流程的工具需要考慮五個標準。

1.能在‘開放式’非專用環境下工作


開放式環境能讓設計人員易於將速度更快的新工具融入設計流程之中,而封閉式環境這樣做比較難。由於流程中增加新工具同時又去掉了一些舊工具,因此實體驗證工具應非常靈活,能隨時適應多種設計流程。

2.能在GDSII下工作


產業的標準資料庫是GDSII,它是其它所有資料庫甚至包括專用資料庫在製造時都必須遵守的。選擇在GDSII下工作的工具不僅能避免易出錯的數據傳輸階段,而且能保證數據對製造格式是正確的。

3.既適用於互動式也適用於批次處理


由於一般互動式工具的性能通常無法完成批次處理驗證,所以互動式工具不是單工具流程很好的候選方案。批次處理工具則沒有這些局限,在互動式實體驗證中使用批次處理╱簽出工具可以為互動式用戶提供與批次處理同樣的規則文件和擴展能力。

4.不受設計類型約束


不受設計類型約束的實體驗證工具不管設計元件類型如何,它都能有效執行,無論是處理類比、定製數位、記憶體、數位ASIC還是這些元件的組合,都不會有影響。

5.應得到代工廠有力支援


代工廠是規則文件的很好來源,規則文件適用於不同的驗證工具,但工廠內部只使用一種工具規則文件作為簽出標準。用於不同工具的規則文件有些完全由代工廠評定,有些可能不是。一些批次處理工具需要多個規則文件以支援不同的設計類型和製程,這要CAD工程師對其提供支援很難,為每個製程維持規則文件庫是一個負擔。對指定工具提供有力製程支援顯示將來會有製程規則文件,所以選擇代工廠內部標準的批次處理╱簽出實體驗證工具可以保證設計具有最佳可製造性。

本文結論

對不同的設計工具、類型和方法來講,採用一種不受設計類型約束的實體驗證工具可為工程師製造複雜IC提供靈活性和保證。一種能對單元和模組進行快速互動式驗證,以及對全晶片SoC進行快速準確批次處理驗證的驗證工具是滿足目前對上市時間要求的一個重要因素,把批次處理工具融入單元╱模組設計指明了一條取得成功的簡單方法。

作者:James Paris


技術推廣工程師


Mentor Graphics, Inc


Email: james_paris@mentor.com





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