应对65nm设计三大挑战

与以前的设计节点相比，采用65nm技术设计的芯片规模更为庞大，在产品设计和实现过程中，工程师遇到了诸多挑战，一些挑战更是在以前节点所未曾遇到的。近日，模拟和仿真专家、Magma产品市场总监Jerry Zhao先生来京，就65nm模拟和混合信号设计挑战和EDA工具厂商的应对举措与发展趋势对《中国电子报》记者进行了详解。

挑战一模拟/混合信号设计

65nm系统级芯片设计遇到的第一个问题是模拟/混合信号设计。在业内，模拟电路的设计被称作是一门艺术。与数字电路相比，模拟电路的设计更为困难，需要工程师具备更为丰富的设计经验。但近年来，迫于产品设计成本和快速上市等方面的压力，如何提高模拟/混合信号集成电路的可生产性、可扩展性和可复用性成为业内企业关注的焦点之一。
过去，在模拟电路设计中，为了达到特定节点的目标规格，在模拟模块设计或模拟IP从原先节点移植时，设计工程师必须执行多次SPICE运行以分析、设计、验证并优化电路原理图，这种流程极为耗时。同时，模拟电路的移植/再利用所花费的时间几乎等于模拟电路的设计时间。而微捷码（Magma）Titan工具系列中有一个非常强大的工具，叫做Titan模拟设计加速器(Titan ADX)，它致力于提高模拟电路设计的可生产性、可扩展性和可复用性。
Titan ADX工具的技术核心是它提供了一种易于使用、基于方程式的自动化设计环境，将原来完全需要人工的工作自动化，因此大大提高了模拟电路设计的效率。具体说来，Titan ADX允许设计工程师以方程模型来描述系统行为、电路拓扑结构以及版图指令。模型的各个组成部分可由电路原理图自动产生。此外，通过将模型与特定代工厂工艺相联系，然后再采用Titan ADX全局优化引擎进行优化就可产生最佳设备尺寸。按尺寸分类后的电路原理图可被直接输入到业界标准电路原理图编辑器中。而Titan ADX与工艺无关的基于方程式的电路模型，可用于从一种工艺技术到另一种工艺技术的有效移植设计，提升了模拟电路设计的可扩展性。

挑战二IC设计企业自己建库

65nm系统级芯片设计遇到的第二个问题是不同来源IP平台的统一化和一致化问题。芯片规模越庞大，需要集成的IP就越多。因此，如何保障这些IP的质量一致化就变得越来越突出。而且，在65nm设计节点，芯片设计企业可能还要面临自己建库的问题，这个问题可能是他们以前没有遇到的。在65nm以上节点的设计中，代工厂基本可以免费提供单元库，芯片企业自己建库的需求不大。但走到65nm的时候，为了进一步降低功耗或优化设计，芯片设计企业要重新设定每个库的工艺、电压和温度等参数，代工厂提供的库如果不符合这些参数的要求，就不能用。这就需要重新建库。在这种状况下，如果芯片设计企业自己有这样的建库工具，就可以减少开支并提高生产效率。
从美国的发展趋势来看，大的芯片设计企业自己都要建库。虽然他们都在TSMC、UMC和中芯国际等代工，但使用的库全部是自己的。而且，这些库比较复杂，库的规模庞大，包括几千个单元，单元的类型也发生了变化。同时，对于模拟电路来说，如何建库目前仍是个挑战。因为模拟电路的行为很难用现有的模型来描述。所以，建库需要好的方法论。
微捷码针对这一需求提供SiliconSmart工具系列。该工具系列适用于所有通用设计流程的标准单元、I/O、定制宏和存储器特征化与建模。它支持所有先进的时序、功耗、噪声和统计建模规格。而且，它的专有加速电路引引擎(ACE)实现了特征化流程的完全自动化以及快速仿真。SiliconSmart ACE还包括一种闭环式库验证功能，确保时序库和Verilog格式间模型的一致性。同时，微捷码针对模拟电路建库的问题，与大客户合作，把模拟电路中的某些数字行为挑选出来，并找出电参数，从而简化模拟电路的建库工作。当然，在这方面，EDA工具还在发展之中。

挑战三大规模芯片仿真

65nm系统级芯片设计遇到的第三个问题就是仿真问题。40多年前，人们开始用SPICE进行仿真，今天业内有SPICE和FastSPICE等仿真技术。SPICE的特点是精度高，但速度慢；Fast SPICE的特点是速度快，但精度不高。
在65nm的复杂系统芯片设计中，通常有数字部分、模拟部分以及存储器等。模拟电路需要高精度的仿真，数字部分和存储器则需要快速的高性能全方位的仿真。在传统流程中，各个部分需要采用不同的分析工具进行独立的仿真。而这些独立仿真方法无法提供充分的全方位芯片验证。
为此，微捷码在几年前推出了FineSim仿真器。它有两个引擎，一个可以运行SPICE仿真，另一个可以运行FastSPICE仿真。根据先进的算法，FineSim可在多个CPU上并行运行，并允许设计工程师针对芯片上各模块采取SPICE、Fast SPICE并行仿真，从而在速度、精度和容量方面得到最好的平衡。而且，芯片设计公司可以通过添加CPU，来扩展FineSimSPICE仿真器的能力。

（责编：落雪）