UltrasparcIII处理器设计的物理验证

ic设计的规模越来越大,物理验证的难度也越来越大,选择合适的验证工具和操作步骤可以提高验证效率。本文研究了sun微系统公司在开发ultrasparc iii处理器的成功经验,为当前ic设计的物理验证解决方案提供借鉴。

  自1990年以来,sun微系统公司就致力于用各种各样的指标跟踪那些影响设计复杂度和生产率的因素。在此基础上建立并采用了一种新设计方法,利用此方法可以规避当前ic设计所面临的困难。该方法源自于ultrasparc iii处理器的开发过程。ultrasparc iii采用了专为1,000路可升级系统设计的600mhz、64位处理器芯片,具有极大的物理验证难度。

  1991年,sun微系统公司ic设计组就采用了约有40种工具的设计流程。4年之后,工具的数目增加到100种,而到了1999年则达到惊人的250种。每月批量任务的数目也由1991年的10k迅速攀升至1999年的1m,同期设计组的规模也增大到10倍。附表中显示了芯片设计及设计工具和相关数据的变化情况。

由于ultrasparc iii的设计规模及其更高的性能要求,原有的物理验证流程需要进行大规模升级。在整个设计思路中利用对相互依存的设计复杂度的深刻理解,提出了一整套的物理验证工具选择基准。

  主要的流程设计挑战是裸片的面积优化和功率分配,并实现芯片的最佳性能。对于ultrasparc iii处理器而言,最佳性能意味着达到可能的最高频率、最小晶体管、低电压、高电流和大量的动态逻辑。

  此外,以前单独考虑的设计决策现在产生了相互覆盖的问题,逻辑、电子和物理设计之间的分割也被消除。以前,垂直设计策略假定单层结构适合于设计的所有方面,而现在并行数据分层结构中,行为、逻辑和物理设计则必须综合考虑,三者之间相互依存。对于如时钟、电源和中继电路等基本功能部分,必须进行满足复杂度的分析和设计,同时保证降低指令处理延迟并消除信号传送干扰。ultrasparc iii项目还必须对各种数据进行更为精确的多维分析。

  在整个设计过程中,必然会出现各种问题的权衡和折衷。需要考虑的主要问题有:

  1. 解决器件的小型化和高性能要求与不断增加的成本之间的矛盾。

  2. 采用省时的单元库与需要手工设计的元件之间的权衡。

  3. 调整库元件以满足不同的需求。例如,不采用单一的“nand2”标准单元,而采用具有不同驱动强度的单元形式。

  4. 权衡需要限定的触发器/锁存器配置数目,在将信号延迟降低至最小的同时,使时钟相位差也最小。

  此外,还必须解决当前存在的分层设计问题。ic设计不再采用由上至下、由下至上或两者相结合的方法,而已成为各种迭代方法的组合。随着裸片上集成的元件越来越多,在各层和各抽象体中所需运行的物理验证也相应增多。物理验证工具必须能快速、高效地动态识别重复性元件(如单元和宏等),并准确发现所存在的错误。

  设计过程选择

  sun微系统公司采用了一种能将效率最大化的设计思想,使其产品能率先投放市场。其设计方法支持能提升生产率,并易于在整个中央运算架构中进行配置的高性能工具,这不仅有利于在项目中运用设计标准和工具标准,在任何需要加速设计的地方实现自动化处理,并能对某些独特的元件按需要进行手工处理,还可利用迭代方法(包括全芯片集成、无效数据流程处理和单步验证及分析)进行连续改进和校正。

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发布日期:2019年07月02日  所属分类:参考设计