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功率输出在7海里影响性能

放缓将影响时间,和权力之间的依赖关系,温度和时间可能不会被签收的工具。

受欢迎程度

复杂的交互和依赖项在7海里以外可以创造意想不到的芯片性能下降,不能总是被签收的工具。

这并不是由于缺乏努力。的时间试图确定一个advanced-node芯片工作后伪造已稳步上升数过程节点。额外的设计规则处理从变化到权力,和规则甲板已经越来越厚随着每个新流程发布。但惊喜仍然潜伏硅回来时,即使每一个设计规则满足和芯片通过任何形式的结果。

一个特别麻烦的领域涉及动力输送网络(生产)。提取它最简单的形式中,阻力上升是因为减少维度。导致更多的IR降,进而影响时间,有时会以意想不到的方式。芯片是回来了,不能在预期运行时钟速度。

技术在过去来减轻这种类型的问题,如扩大或去耦电容,不再工作或成本越来越高昂的。和方法在过去使用静态分析技术正被迫考虑动态分析来找到一些问题的地区。

电阻
“当你想要许多功能在硅缩小晶体管的尺寸,而且每次你下的阻力大小按比例上升,”Jerry赵说,产品管理总监在数字和验收小组节奏。“大小的影响是,你有更多的电压降在网格中使用。我提供足够的电压的晶体管可以功能?”

这个问题变得尤其在金属层在7/5nm 0和1。“低水平的金属薄,非常耐,“若昂Geada的解释说,首席技术专家有限元分析软件。“上层有相同的规则,但是它变得越来越低,他们有了更多获得铁路供应有限。当地的行为开始变得不可预测。7海里和下面,传统的设计团队,擅长生产硅工作开始有惊喜,因为交付系统只是对这些节点不够好。”

这并不是唯一改变的新技术。“步入正轨是一个数量级的难度比以前的技术,”Scott Johnson说,在ANSYS主要技术产品经理。“你不仅有一个非常杂乱的动力输送系统在厚金属,但你是真的大幅降低电压水平。”

新影响爬行。“虽然IR降正迅速成为一个主导因素在决定芯片频率,激进的互连比例增加了平均电流密度和单位长度电阻电线和片上电感,“添加Magdy Abadir,负责营销的副总裁Helic

复合问题,解决方案可以创建他们自己的问题。“通过的高电阻需要使用额外的通过,但在一定程度上减轻通过柱子的使用,”普拉萨德说,副总统为AI平台基础设施eSilicon。“增加细胞密度允许使用更大的逻辑块,进而生成大动态电流变化。这需要使用密度为缓解电力网格。随着更多的金属资源转移的动力输送更高的层,这是一个很好的平衡和功率输出之间需要路由拥塞/时机。”


图1:台积电的7海里finFETs。来源:台积电

额外的麻烦
近可能不是任何人的朋友。”的定义是什么接近变得模糊,因为它不仅仅是在共享轨道,”约翰逊说。“这些网格的电阻非常高,所以即使你把大量的金属,金属远远超过传统的电网相对于路由和金属1和0,你的电阻影响现在更可预测。你可以4 rails远离金属0和仍然是极其敏感电阻同时切换事件。”

亲密也变得不规律的概念。“在高性能soc,平均每个时钟周期的开关晶体管数量继续增加,相应的电流峰值继续升级,“Abadir解释道。“同样,上升和下降时间继续得到更快。这意味着di / dt正在迅速增加。IR降的增加和L di / dt诱发磁场。这些都是通过天线SoC自然形成的布局结构,键连接和包层。这就产生了电磁耦合。忽视这些磁耦合的影响可能是灾难性的,从最近的一些经验,明显会导致昂贵的硅失败。”

添加模拟可能会使事情变得更糟。“我们经常需要一个不同的电压设置I / O垫和债券环相比,内部电路或多组电压域的内部电路,”解释了芙蓉Sheerin,主要产品营销工程师芯片的模拟电源和接口。“那复杂的路由在芯片内。它复杂芯片的功率要求,增加了额外的董事会层面的需求。如果我们做电压转换装置内,那是一个额外的发电头痛。”

这一观点是回响。“更多的权力领域是必要的对于不同的模拟组件,如无线电接口高速并行转换器adc和dac,”安迪Heinig说,集团管理系统集成弗劳恩霍夫东亚峰会。“在这一点上很难路线所有这些权力领域有限数量的I / o chip-package接口同时路由这种力量在有限数量的层高级包变体。通常使用方法如权力的一些领域的飞机是不可能的,因为有限数量的层。有时甚至访问碰撞是非常困难的。”

在某种程度上,权力来自一个源。“芯片的家伙不是解决所有的问题,”赵警告说。“这是尤其如此。金属层,电线,从电池,经过董事会,包,垫模,然后通过一个大规模的生产。它是令人惊异的交付系统有多么复杂。你不想把大量的电压。你不想要消耗大量的能量,不必要。你必须分析它作为一个单一的单位。”

但这涉及到的不仅仅是力量。“多氯联苯需要高速集成电路供电,是固体的频率在设备的内部电容可以携带负载,”托德Westerhoff补充道,产品营销经理在董事会系统分工导师,西门子业务。”所需的高频电流在集成电路不能通过设备的包针由于越来越多回路电感,所以解耦方案和模具必须符合电流超过一定频率的需求。”

完美风暴
随着过程几何的发展,一件事已经停止摩尔定律阈值电压。

“这些也没有改变,因为16 nm,“Geada的解释说。“但是有一个持续的压力降低电源电压,因为那是最简单的方法之一来降低碳足迹。所以你有这些竞争的压力阈值电压并没有改变,电源电压下降,你在每一个细胞都有越来越少的空间,你有这个不可预知的行为的供给,因为金属和局部阻力和同步切换。所有这一切让时间不可预知的,除非你有能力有时间注意电压条件。不仅是你必须灵活如何电网表现。你必须知道的影响电网时机。”

7海里,许多因素,曾经是独立的担忧已经成为相互关联,如时间、力量和热量。“过去,热的东西你会担心物理破坏和长期的影响,”约翰逊说。“通常,整个模具将在相同的热梯度,但这不再是事实。你看着热梯度影响时间和路径,以前从来没有被认为是。你看着感应效果,耦合影响tsv。你要做什么EMI ?”

最重要的是,里面有更复杂的芯片,这使得它很难独立解决问题。

“我们的客户正试图将更多的功能挤入7纳米芯片,芯片越来越大,“说Navraj Nandra,产品营销高级总监接口IPSynopsys对此。“这是迫使人们考虑到或chip-on-chip die-to-die类型的解决方案。此外,有一个推动是让更多信号的边缘和减少功率/地面。电源完整性之间的争论这是一个工程师,负责的人,验收和芯片的架构师,想要尽可能多的信号和功能上和芯片的了。”

分析
从最坏情况分析。”应用程序,我们可以有一些猜测,典型的或共同的边界用例和用例,“微芯片的Sheerin解释道。“我们可以特定于那些用例运行分析。设备涉及到软件,得到明显更复杂,因为我们需要一个猜测软件将要做什么,计算会更常见的或不常见。”

避免问题需要仔细的分析。“对权力分析,你需要活动,”赵说。“活动来自两种方法,vectorless或基于矢量。你可以做一个系统启动或者玩视频游戏。这就是真正的活动可以看出。哪个窗口的活动将提供最大的力量通常会规定的最大力量的死,死的最高温度和最糟糕的时间号码死。”

但这不再是足够的。的耦合电压降和静态时间成为一个电气验收的基石,”赵说。“你不能做分别的签收。即使你back-annotate每个实例有效电压供应关键路径和做签收,硅回来时它仍然失败。电压的耦合是不仅仅是一个简单的注释掉更像是关键路径的变化的敏感性电压变化。”

也许更令人不安的是,最坏的可能并不是你想的那种。

“传统流约16海里是你你是电网分析大功率角落,“警告Geada的解释。“在低电压,系统功耗更小,电压降低,和系统变得非常敏感,少量的电压降。你操作的大部分细胞阈值或接近阈值。所以很小的下降的变化可以导致延迟可能导致指数变化时机惊喜的角落。在高压的角落,你有电压时间和温度之间的冲突。所以,你不能只看一个时机角落,把它应用到一个不同的角落或者相反。”

路径会潜伏。“对于一些路径,传统的方法会让你相信这不是一个关键路径,”证实了赵。“它有良好的时机。在现实中,这条路可能是对电压变化很敏感。因此,模式将导致敏感性出现模式将产生时间,这违反了签收。”

避免
设计团队能做什么呢?“你不能设计电网独立于其他的设计,特别是电网和时间肯定是不再分离,“Geada的解释说。“这不是可以安全地工程通过定时的利润率。你必须分析电网的行为在关键时间角落而不是分析电网和电力只是从我的角度来看峰值功率的设计和我的大迪/ dt是什么事件。您还必须分析电网的行为对时机,和时间对电网。”

之间的权衡,还需要了解短期和长期热等因素的影响。”在很多情况下,答案是建立在热保护的设计,然后你可以推离你的边界条件不担心可靠性或质量问题,“Sheerin说。“所以如果你建立一个部分电路监控模具的温度,让它优雅地关闭,然后覆盖大量的最糟糕的情况,你可以开始更积极的与其他热设计。”

芯片、包和董事会都耦合系统的一部分。”是非常重要的启动功率交付策略在项目的早期,也包括包到研究中,“建议Heinig。“通常的权力策略没有考虑这个计划的开发。早期的芯片包开通过组装设计工具是非常有用的,以避免以后麻烦。”

自动化
EDA可以完全解决这个问题,至少有一部分,但仍需要在循环。

“当你做一个实现,你必须考虑到潜在危险,因为权力的下降,”赵说。“IR降或热点可以减少或删除通过局部优化你的位置。相同的时机。所以,如果有一个时机问题,该工具可以做当地的生态修复这个问题。我们需要做工具公司进一步提高提供更多的技术预测结合机器学习技术来指导用户通过它。将来,自动化将能够照顾大多数的问题,但有才华的工程师仍将是必需的。”

约翰逊表示同意。“我们认为的初始耦合功能和时间在2005年一个棘手的问题,但到2007年解决方案不具有内置的算法。它可能不是快速的转变这一次,但我预计,系统会进化。然而,我们在那里的时候,5和3 nm问好。这波前的问题将持续很长一段时间。7海里可能赶上和自动化,但是5 nm呈现一个新的一系列意想不到的问题。”

这只是一个原因比例变得更加困难。“我们从来没有遇到一个问题,这是耦合的,复杂的,”约翰逊说。“行业将回应,但是复杂性是数量级比上一代更严格。这是我第一次看到如此跨域耦合的东西。”

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4评论

凯文 说:

爱的深度分析与评论许多相关的球员。这将是有趣的,看看Amd的抖出7纳米产品。

Linming金 说:

篇好文章在7纳米高阻的主题。有人统计的金属都是致力于生产的比例是多少?50%听起来对吗?在16 nm这是什么号码?40% ?这是两难的境地。人们认为7扶正资源超过16 nm。是真的吗?死你怎么处理路由资源规模估计在7海里?

Yogananda 说:

不错的职位。
谢谢你!

比尔Pohlman 说:

布莱恩,研究更好的解耦技术使用高速石墨烯超级电容器用nanosheets钝化层。

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