减少了功率输出开销

的功率输出网络(生产)是一个必要的开销,通常仍然在后台——直到它失败。

对于芯片设计团队来说,最大的问题是如何接近边缘他们愿意把它吗?或者换句话说,获得价值的痛苦吗?这个问题正在受到非常小的几何设计,利润可以在设备性能造成极大的影响。

设计生产的半导体器件在设计可能不是最性感的工作社区。有人缝补电力和地面铁路设备几乎每一个晶体管。错过一个,或未能正确估计当前需要流在网络的任何特定的连接段,设备会失败——有时是引人注目的,其他时间在更微妙的方式。

验证和其他任务,设备的生产增加了什么功能(尽管它使它)。然而,一个弱点在相关的方法可以删除功能。任务被视为开销仅资助水平的风险减少到可控的阈值。棘手的是,设置栏太低,生产设备,减少资源消耗,可以让你提供非竞争性。

早期很容易添加过多的利润流,因为你的分析小于完整,但这是浪费,导致进一步的问题。此外,布图规划可以显著差异的开销,生产消费,但这要求早不到完整的数据分析。

今天,设计团队正在寻找减少浪费。同时,分析的复杂性需要越来越多的处理能力和亲密的细节了解设备是如何使用的,这并不总是可能的。温度影响的力量,影响温度,影响时间,从而影响老化。他们都是彼此纠缠。

你愿意接受多大的风险?

有几个事情,对这个问题作出贡献。“现代计算系统表现出峰值电流一直在稳步向上趋势由于依赖专门的执行和减少通过technology-scaling效率提升,“说Shidhartha Das,杰出的工程师手臂。“峰值电流上升性能影响,增加电压下垂由于寄生电阻网格和归纳方案需要设计时的利润。同样,由于电迁移可靠性指标也妥协的担忧。这使得现代计算系统的设计生产的一个艰巨的挑战。”

另一个问题是减少电压。“1.3伏特的日子你有,你可以失去几毫伏利润率早已不复存在,”马克说Swinnen产品营销主管有限元分析软件。“我们在分数伏,你真的不能浪费保证金只是因为你不能正确分析事情。”

问题是,分析与每个节点收缩变得更加复杂。“生产是一个领域机电需求工作,”约翰·帕里说战略业务发展经理西门子EDA。“在包底物,铜及其CTE的刚度不匹配与其他包装材料提出了挑战。功率输出在模具表面金属化,通常铝,随着当前画增加而延长。此外,导线接近晶体管的收缩在每个流程节点,与薄线提供更多电阻的电流,所以更多的热量消散。得到所需的电流的一个包,到需要的地方在模具表面,与一个可以接受的电压降,现在是一个非常棘手的问题,将进一步恶化,如果电源电压降低。”

设置目标
建立生产的目标是第一步。“每当你做生产分析,你应该建立一个IR降主任说:“阈值Mallik Vusirikala、产品专家Ansys。“你用IR降阈值的voltage-to-timing完毕。例如,如果您设置一个阈值电压降8%,您可以分析并确保你通过这个门槛。这是一个固定的IR降保证金进入你的时机。”

每个公司设置一个不同的目标。“恒压最小化整体功耗,提高每瓦特性能,“说Ravindra Gali,高级职员产品营销工程师赛灵思公司。“在Xilinx,我们的生产目标的核心力量rails历来是指定的额定电压的3%。然而,堆芯功率的标称电压轨已经减少从一个流程节点到另一个(28 nm - 1 v;20 nm / 16 nm - 0.85 v;7 nm - 0.72 v),从而减少实际生产保证金毫伏。”

即使没有一个目标调整,目标变得更加难以达到每个节点。“客户不降低利润率,因为他们从节点到节点,“说Ansys Vusirikala。“其中一个原因是IR降分析的复杂性。数以百万计的实例转换,你要么做一个基于矢量分析或vectorless分析。你想在电网分析几个场景。覆盖率分析的缺乏是一个重大问题的减少利润。他们没有信心,可能会有一些其他的场景没有分析,这可能发生在部署。”

未能识别这些场景会有戏剧性的后果。“最坏情况的问题是,很难准确地确定什么是最坏的情况下,“说Ansys同化。“切换元素的组合将影响配电网络最?过去,静态电压降分析占主导地位,这意味着你不认为活动,或者你只考虑平均活动。动态电压降看着活动会导致电压局部倾斜。变得更占主导地位。”

选择那些关键的场景是一个至关重要的方法论的一部分。“我们的芯片上的生产设计方法考虑各种跨不同应用程序的用例,“Xilinx的Gali说。“然后我们想出代表当前档案模仿最坏的状况。我们通过广泛的仿真分析和硬件验证以确保我们的力量的完整性(π)解决方案有足够的保证金对各种最坏情况当前配置文件。”

动态分析变得广泛采用。“动态保证金优化设计技术之一,近年来已经显示出相当大的承诺,“胳膊的达斯说。”而不是依赖statically-budgeted利润率在设计时,运行时优化利润达到性能目标,同时确保强有力的执行。这是特别明显的管理高震级归纳会枯萎,交流噪声补偿等技术,集成电压调整,adaptive-clocking越来越被部署在高端系统。虽然这些技术产生明显影响系统效率,他们仍然需要签署健壮的操作,从而使post-silicon测试和调优。因此,有相当大的投资产品工程和工业研究,以缓解这些边缘的障碍部署优化技术在量产阶段。”

的一些因素也变得layout-dependent。“当侵略者开关,它可以导致邻国遭遇电压降,“增加同化。“难的是发现这组侵略者来考虑。但是你仍然不能认为他们一起切换。那将是太悲观了,你永远不会得到一个芯片出了门。所以你需要某种程度的自信地知道你找到了最坏的情况下。”

早期的计划
生产设计使用一个后台任务,常常离开直到设计完成,但情况已不再是这样。“当团队做布图规划说:“他们做的比较参数研究,Melika Roshandell,产品营销总监节奏设计系统。“A和B在比较设计方案时,他们可以看到在一些设计标准提高了3%。然后他们开始评估他们的其他因素,如热或区域。生产团队将决定他们是否能适应更好的设计选择。使用功率估计的准确性并不重要,如果你可以做参数研究”。

早期规划时更重要的3 d系统正在考虑。“3 d集成设计的出现创造了高效的功率输出和热量之间的冲突的约束,“说的Das。“综合监管可以提供更好的控制3 d voltage-transients栈,虽然牺牲创造power-FETs周围潜在的热点。小心power-FETs平面布置图和准确运行时power-introspection一些关键的工具,需要开发高性能的设计越来越有限的功率输出和热的担忧。

有额外关注设计,利用多个电压或多个死亡。电力领域可能不是独立的。他们可能共享相同的地面销和创建它们之间的耦合。“你必须看整个事情,从PCB上的电压调节器,包,”加里说对啊,高级研发经理设计小组Synopsys对此。“那你看看包,你看看堆积,你看看插入器基础或主动插入器,然后你看整个事情。你需要分析整件事情。你不能分析一个死,然后假设一个理想的电力供应来自未来死当你穿过死堆栈。你要分析整个系统。有很多强调multi-die分析工具,和优化工具,其中包括信号,包括权力。我需要知道IR降经历这些multi-die栈。我需要知道IR下降每个芯片的硅插入器,包括硅插入器本身。”

考虑老化
在某些行业,其他因素必须被考虑。“当晶体管时代,开车不是高刚制造晶体管相比,“Vusirikala说。“电源噪声可能不会改变,但是对时机的影响要高得多,当你谈论年龄晶体管。”

信息被烤成库。“通常,老化是占到标准的细胞模型是描述老化模型,“Vusirikala补充道。“这些被称为临终模型。有香料模型进行常规的操作模式,为年龄和香料模型晶体管。你可以描述细胞衰老模型的延迟。这就是老化是占在时间利润,但它不同于IR降的影响时间。”

这是特别重要的理解与设备被用于延长寿命十年以上。“老龄化影响电压下降,但更大的问题是时间,”表示同化。“这增加模拟你的数量和增加图书馆的数量你要拖。但更根本的问题是,老化是活动依赖性。如果一个芯片是非常活跃的一部分,但很少在其他部分,他们年龄在不同的利率。这些晶体管将不是所有年龄的时间在一起。芯片的一部分将会比另一个更年轻的,这意味着如果你有一个路径跨越从一个到另一个,你会看到更多的倾斜的时钟。年轻的芯片的一部分仍然是提供时钟很快,但年长的部分是有点慢。有效倾斜你的时间增加,这意味着你的时机可以失败或你必须考虑。该行业还没有完全解决这个问题。”

其中一些可以通过使用适当的补偿电压监控设计。“从纯技术的角度来看,你可以有环形振荡器测量电压性能,ldo,可通过测量环形振荡器的性能控制,“Vusirikala说。“如果你减少你的电压,吞吐量下降。这是一种处理收益。”

但也有局限性。“电压监控更适合静态电压降,“说同化。“与动态电压降,你谈论很短瞬态非常当地。很难把中控制器来控制周围发生了什么少数盖茨对这些分数的纳秒。随着盖茨变得更小,切换速度更高。当我们去新技术、配电网络的电阻率增加。这意味着,从门的角度看其供给线,电力供应销是很远的地方,有很多当地的晶体管和供应销之间的电阻。地方权力下降时,电流可以从远处冲进去,但它必须经过这么多阻力,这需要一段时间。”

考虑到安全
某些市场的另一个要求是安全。“有额外的监控电路安全关键应用程序发挥作用,“Gali说。“这些增加了额外的设计复杂性和保证金要求,需要考虑在生产设计方法论的一部分。”

生产是否代表一个单点故障芯片吗?“与信号网,网权力实际上有很多冗余,“Vusirikala说。“即使你称它为一个网络,电力网络的几何图形的数量是巨大无比的。认为一个简单的细胞就是坐在一个金属1铁路。你有通过两端。这是冗余。但对于信号,只有一个驱动到一个接收器。单个信号网络故障的影响远远高于权力网络。”

另一个问题是电迁移。说:“电迁移是依赖于温度的同化。“温度越高,更多的移动原子,和电迁移会变得越来越糟。当你计算寿命,温度通知。”

“电迁移是一个很有趣的问题,因为你无法测试,“增加同化。“你可以测试直到你面红耳赤,并且芯片也能正常工作。但是六个月它会失败,因为爬的电迁移失败。没有什么可以做的测试实验室来保护。保护自己免受电迁移失败的唯一途径是设计。这是一个纯粹的设计问题,不能检测或检测,直到它发生。”

这只是一个问题的权力网。“电流通过权力网高和单向,但这些金属丝段比信号网更广泛,“Vusirikala说。“信号网总是路由在最小宽度,但权力网使用非默认规则,因此他们更厚、更广泛。当你做电源分析电压下降,你也为电迁移做分析。有统计方法进行电迁移检查。而不是基于阈值的检查,你试图看到每一线段的失败的概率。从你可以计算失效概率对整个芯片。”

结论
功率输出网络可能不迷人,但建筑的任务变得更加困难。鲜有大的利润空间,这意味着唯一的办法分析所需的优化是通过使用更详细的模型,并考虑增加一系列相互关联的因素。这需要时间和大量的计算能力。

当然要获得这项工作,但有很多失去了从克扣。