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如何打破模拟定制设计工具10年停滞之困局?

Yorbe Zhang?? 2016年05月03日 ?? 收藏0
Custom Compiler是Synopsys(新思科技)最近推出的一款开拓性定制设计解决方案,它将模拟和混合信号IC定制设计任务的时间从数天缩短至数小时。

Synopsys此次从FinFET高起点将定制设计方法直接提高到一个新的层次。尽管Custom Compiler专为FinFET工艺节点而设计,但是任何工艺节点的定制设计工程人员和定制布局设计人员均可使用。

那么,模拟定制设计方法曾经受到那些限制?Synopsys的Custom Compiler又是如何实现了在定制设计方法上的突破?较传统的解决方案有何改进和创新?

以下对Synopsys产品市场部总监Dave Reed的现场采访将详细地解答这些问题。

如何打破模拟定制设计工具10年停滞之困局?
图:FinFET将主导未来半导体技术。

如何打破模拟定制设计工具10年停滞之困局?
Dave Reed,Synopsys产品市场部总监。

10年停滞的症结何在?

经历了手工布局、电脑化布局等漫长的发展历程,定制设计方法的发展已经停滞了至少十年。最近一次尝试提高定制设计生产力的努力是采用条件驱动的设计,但没有取得承诺的效果。

“在模拟和混合信号IC设计领域,基于约束条件的设计其实与数字IC目前的自动布局布线方式是相似的。数字布局布线时,提出一些约束条件,例如时钟、时序等,工具就可以自动进行布局和布线。数字电路因为规模太大,设计人员其实没有办法去关注每一个细节,而且也不需要关注每一个细节,他只需要满足他的时序条件。”Reed解释道,“对于数字电路来讲,已经被抽象成时序和面积。你基本上只需关心时序的问题,可能还有一些少量的面积约束,剩下大量电路单元(Cell)你知道该如何布局。但对于模拟和混合信号IC而言,一个问题是这些约束条件维度太多,相当复杂,每一个细节都需要去关注。”

“所以你很难描述每个管子的相互位置和匹配条件等细节。基本上,模拟部分还是靠在通行界面上去摆放。这样就会导致以前的历史设计经验很难被继承,后来的设计者根本不知道以前为什么摆放成这个样子。这也是在模拟IC设计中采用文本约束来约束设计不太有效的缘故。为了解决这个问题Synopsys就提出来一个新的叫做可视化辅助自动化设计的方法,辅助你布局自动化,并提升效率。”

如何打破模拟定制设计工具10年停滞之困局?
图:定制布局工具的发展历程。

同时,由于行业正转向FinFET工艺节点,定制设计人员的生产力正面临严重挑战。FinFET的定制设计所花时间是以前旧节点的三倍。需要新的解决方案弥补生产力差距。

“FinFET带来了很多挑战,其中一个是设计规则日益复杂。例如,从28nm到16nm,设计规则基本提高了一倍,主要是由FinFET和双重曝光这两种技术所带来的。此外,以前的单器件变成了器件阵列,布局上变得更加复杂。为什么FinFET不能像以前一样可自行定义宽长比?以前的设计是一个延续的数字;现在FinFET变成了离散的数字,设计人员只能是一个Fin、两个Fin或者三个Fin。如果要得到一个特定的宽长比,就需要有一些MOS管去并联,有一些MOS管去串联,最后拼出一个阵列,做出一个特定的宽长比。这时,布局就变得相当复杂。我们可以说是物理设计越来越复杂,这是一个很大的挑战。”Reed说,“此外,FinFET还有EM/IR(电迁移/电压降)的问题。线宽细,电流大,就会产生电迁移和电压降的问题。”

如何打破模拟定制设计工具10年停滞之困局?
图:FinFET的未来发展趋势。

“Synopsys不仅拥有强大的数字产品设计工具,其实我们在模拟、混合信号产品,实际上已经有很多的经验和积累,”Reed介绍了新推出的Design Compiler工具的几个技术来源,“一个就是原SpringSoft公司的Laker,其在中国和台湾地区有大量的用户,业界的评价是布局的效率非常高。SpringSoft合并进Synopsys后,成为我们定制布局工具的一部分。第二个方面就是仿真器、快速仿真器和RC提取器。这几个产品,例如HSPICE,基本上现在是所有Foundry的黄金标准。第三是模拟和混合信号的IP。作为全球第二大的IP公司,我们的IP,尤其在模拟和混合信号领域,包括USB、PHY等有大量积累。特别要强调的是在FinFET领域,我们已经在开发10nm、7nm领域的IP。基本上,TSMC有任何一个新的工艺,我们都会同步提供相应的工艺IP。这样才能够满足客户设计的要求。”

如何打破模拟定制设计工具10年停滞之困局?
图:新定制设计工具的三个初始来源。

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EDA? FinFET? Synopsys?

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