一个可靠的I / O环一个可靠的SoC

什么是输入/输出(I / O)戒指,和我为什么要关心它吗?如果你是一个芯片系统(SoC)设计师,你最好知道这个问题的答案。soc的宠儿是半导体行业将所有计算机的典型功能(中央处理单元(CPU)、内存、输入/输出(I / O)端口,和存储)在单个芯片上。他们与移动电子产品的人群特别受欢迎,因为他们需要很多不如multi-chip权力和更小的设计。例如,您可以将soc放在小无人机和飞在同步模式创建光显示(图1)。

图1所示。2018年冬季奥运会无人机灯光秀。(来源:英特尔公司)

对面的这个功能是可靠的和一贯的SoC执行。与日益复杂的产品执行关键任务多照亮了夜空,确保SoC设计保护可靠性等问题,如静电放电(ESD),封闭,电迁移(EM)和IR降是至关重要的。这就是I / O环。

所有soc分为两个功能区:核心和I / O控制。的核心执行逻辑芯片设计。例如,如果任何输入信号电压水平高于核心级信号到达核心,核心可能发生故障。为了防止这样的事情发生,SoC设计多个保护结构结合,形成一个I / O环围绕的核心(图2)。

图2。SoC I / O保护环。(来源:导师,西门子业务)

在设计和验证,SoC设计师必须确保I / O环正确地构建和提供必要的保护。这是什么使一个独特的challenge-SoCs通常包含多个知识产权(IP)块由不同的专用IP提供商提供。每个IP块附带自己的I / O环,以及规则的细胞放置在I / O形圈。I / O放置规则是基于IP的设计架构结合IP提供商的专业知识和经验,从一个IP提供商,通常有着很大的差别。

当所有这些IPs组合成一个SoC布局,SoC设计人员必须创建一个SoC I / O环,不仅提供了必要的可靠性保护整个SoC,还整合了所有不同的I / O环IPs的规则。如果有一个冲突,SoC设计必须与IP提供商(s)找到一个解决方案。

设计和验证的I / O环在当今复杂的soc需要各种各样的连续的阶段,都是同样必不可少的成功完成。在过去,SoC设计别无选择,只能手动执行这个可靠性检查。这不仅是一个耗时的过程,容易出现人为错误,但这是通常在设计流程执行,毕竟已经注册的IP块。这意味着发现任何错误都很难正确,纠正一个经常创建另一个,最终推迟tapeout时间表作为设计师通过调试过程辛苦地工作。

在今天的高级节点,设计越来越复杂,可靠性验证变得更具挑战性。在许多设计,物理需求现在可能取决于电气规范,反之亦然。实现上下文感知检查可以验证准确需要知识的物理和电气条件组合在一个布局。

通过引入新的验证功能,选择自动I / O环现在实际验证。电子设计自动化(EDA)可靠性检查工具,如口径PERC可靠性平台从导师,西门子的业务,可以自动关联网络列表和布局信息在一个检查,使设计师能够快速、准确地分析布局限制连接定义的约束。将这些检查纳入一个自动化LEF / DEF I / O环检查程序框架还允许设计师来验证SoC遵守各种各样的铸造和IP ESD LEF / DEF放置规则设计,当仍有时间优化和细化设计最终之前结果验证(图3)。

图3。I / O环止流。(来源:导师,西门子业务)

代替大量的文本指南,IP提供商可以使用I / O环检查器框架提供I / O放置规则和定义所有的IP位置约束在一个基于xml的输入约束文件,即使没有任何的知识口径PERC编码规则(图4)。这些约束文件提供的IP,并能迅速融入SoC I / O环检查规则集使用Calibre PERC验证。

图4。个人知识产权规则可以很容易地集成到SoC约束文件。(来源:导师,西门子业务)

即使有这种类型的检查能力,I / O环可靠性检查很难正确理解和应用,特别是对广大非专业组设计师不处理可靠性验证夜以继日。为这些用户提供简单易用的强大的可靠性验证功能成功采用可能的检查是非常重要的。

确保所有SoC设计师,不管他们的经验和专业知识,能准确调用可靠性验证的I / O环配置,Calibre PERC可靠性平台还介绍了I / O环检查打包组五个可配置的和灵活的通用顶级垫检查允许SoC设计人员更多的灵活性配置特定的I / O放置规则数,比,间距,音高,桥台和任何类型的细胞(表1)。通过与用户编写的定制这五个检查约束,设计师不仅可以实现所有遗留ESD规则检查,而且任何封闭约束、电源管理的需求,可以定义为位置和其他可靠性条件规则。

表1。I / O环检查方案

给定的规则应用于I / O形圈的一个孤立的部分,SoC设计人员定义中的“孤立的部分”约束文件,使用细胞名称或网的名字。通过定义每个孤立的部分,设计师可以运用不同的五个检查I / O形圈的不同部分。Calibre PERC可靠性平台自动检测这些孤立的部分定义I / O环域(I / O),使用孤立的细胞类型信息或网络连接,并应用适当的检查部分。例如,如果两个不同的电力领域有两种不同的规则集,Calibre PERC可靠性平台自动检测每个功率域(孤立的部分)基于地面网和金属层用于功率路由。

设计师也可以选择创建一个调试暗示提供了一个纯文本的描述约束来帮助在调试错误。这可以极大的帮助团队在执行可靠性验证时,他可能并不是所有有相同的水平的知识和经验。

SoC I / O环保护SoC的准确和可靠运行的关键。确保一个SoC I / O环正确构造提供必要的保护可靠性的影响是一个关键设计流程的一部分。引入创新检查功能,再加上新的接口,支持标准化的、可定制的I / O形圈检查,现在使得SoC设计人员能够自信地违反正确识别和I / O环在设计流程的早期,当修正和优化可以更容易实现。准确、标准化和可重复的可靠性验证确保SoC I / O环不仅提供必要的保护,但遵守所有IP和SoC设计规则,保护他们免受操作失败。因为我们都想要更多的无人机光显示(图5)。可靠的出类拔萃。

图5。英特尔50^th周年无人机灯光秀。(来源:英特尔公司)

有关更多信息,下载白皮书,”提高I / O环检查一致的、可定制的验证”。