亚微米IC设计挑战

在芯片科技日新月异的驱策下，设计挑战也持续倍增;全球消费者导向市场瞬息万变，设计师的效率也愈形重要。与几代之前的芯片相比较，今日的实体设计复杂程度常令人瞠目结舌;特别在互连性(Interconnectivity)的焦点上，更令时下所面临的议题更形复杂。

　　其次，功能的复杂性日增，意谓着绕线可能更长，使得绕线层间的阻抗变异随之增加2~3倍，以模块形式出现的绕线难度更可能达10倍;再者，微通道阻性常是线阻的2~3倍，导致复杂的时脉破坏整体互连管理稳定的现象更加严重，而现今先进半导体制造工艺与设计的变异性，在正确的时序签证(sign-off)与实作之间，也需要更紧密的连结;故良率问题也不再被视为后续流程，转而被纳入整体设计流程中。

　　客户面临的挑战不断升高

　　新一代的布局与绕线作法于90年代末期开始架构，将实体设计整合为单一执行工具。然而，这些解决方案却有其局限性，因为传统设计标的，如：区域、时序、信号整合、测试与耗电量等，虽呈现高度相依性，但在布局、时脉树合成与绕线都成为独立而不相关的步骤、且各阶段的设计工具多彼此独立、须经繁复转档处理的情况下，已然对现代IC的复杂设计造成莫大困扰。

　　此外，良率最佳化与时序签证(sign-off)也都是个别独立的步骤，且被视为是“后续流程”处理，诸多挑战全都需要新的实体设计解决方案加以因应。在有限预算及时间的权衡下，一个紧密整合多项相依性工具、能贯穿从RTL到GDS-II整体流程的平台，便成了设计人员引领期盼的解决之道。知名EDA工具厂商新思科技(Synopsys)于2003年所推出的第一代Galaxy Design Platform，问市后颇受设计人员的好评;其中提供Galaxy实体实作的Physical Compiler 与Astro，更成了设计时苛求最佳结果品质的理想工具，正好弥补了这部分的需求缺口。

　　Synopsys表示，Physical Compiler与Astro是最早引进90纳米设计成功量产的先进技术，在前100个tapeouts中，有2/3皆来自于这两者的贡献。截至2005年元月止，此技术仍是协助65纳米与45纳米设计成功产出的主要工具。Galaxy Design Platform为一开放整合设计实作平台，建构于Synopsys既有设计工具及开放MilkywayTM数据库之上，结合一致的时序、SI分析、通用链接库、延迟计算、限制、测试能力与实体验证，提供从RTL一直到硅晶的整合流程。

　　实体设计的生力军—IC

　　Compiler

　　下一代的实体设计系统IC Compiler，为Synopsys Galaxy Design Platform 2005的核心，其设计概念就在解决这些浮现的挑战，提供从RTL到芯片的一贯解决方案。在整合以往各自独立的作业之后，使这一代的布局与绕线工具更臻完美;IC Compiler首创将实体合成、时脉树合成、绕线、良率最佳化与签证(sign-off)相互关连加以整合，成为实体设计解决方案，从而创造出无与伦比的设计效能与设计师生产力。

　　继去年于台湾地区成立研发中心后，Synopsys为持续其深耕台湾、永续经营的企业理念，于日前的“新思科技GalaxyTM IC Compiler亚太区发表会”中，邀请经济部为新思科技在IC设计上的“持续创新实践承诺”做见证，并与工研院签订技术合作备忘录，加强双方未来的交流。这次所发表的“GalaxyTM IC Compiler”，为新一代系统芯片(SoC)设计的实体设计系统。首创将实体合成、时脉树合成、绕线、良率最佳化与签证(sign-off)相互关联性，整合为单一实体设计解决方案，创造极佳的设计效能并提升设计师的生产力。

　　Synopsys GalaxyTM Design Platform的核心—IC Compiler，同时对实体实作，从备妥电路节点清单一直到待试产、GDSII产出的整套流程，提供最完整的支持。该解决方案由IC Compiler、Design Compiler与签证(sign-off)产品组成，其中Design Compiler用于RTL合成、IC Compiler则提供实体实作的所有功能。对所有实体设计系统而言，与签证(sign-off)相互关连是达成设计收敛的重要关键。为确保相互关连性，IC Compiler采取共享一般链接库、限制、延迟计算、撷取，甚至于是签证(sign-off)业界标准(PrimeTime and Star-RCXTTM)的回归测试。

　　XPS技术延伸QoR优势

　　IC Compiler独特的架构能藉由消除彼此的间隔而统一实体设计，同时在最佳化技术、增加良率与时序/信号完整性签证(sign-off)方面，引进创新技术—“延伸实体合成”(XPS)技术。它可延伸实体合成成为整体的配置与绕线，打破目前存在于这一代解决方案之布局、时脉树与绕线间的藩篱，促成统一的实体设计;直接与PrimeTime和Star-RCXT相连，并提供精准的签证(sign-off)数据，在最终阶段促成逐步最佳化。如此便可更直接且能预期签证(sign-off)确认过的最终效能。此一签证(sign-off)导向设计，对整个设计流程具有收敛作用，以提供最快速的结果需时(TTR)。

　　XPS延伸实体合成成为整体的配置与绕线，打破这些步骤之间的藩篱，使互连延迟可增加，因此实现更积极的最佳化并产生大幅强化的结果。IC Compiler包括许多良率性能设计，例如：良率导向的实体合成、多模与多角最佳化、可识别耗电布局、优先绕线规则、微信道最小化与冗余、时序导向布线、时序导向金属填充、关键区域导向绕线、可识别蚀刻绕线以及将设计意图套用至蚀刻使RET应用更具效率。由于其在最佳化能力、设计者生产力与良率最佳化的诸多优势，特别适合130纳米以下的设计范围;可支持所有Galaxy Design Platform支持的计算机平台，包括执行32位及64位硬件平台的Linux与Solaris操作系统。

　　目前Galaxy Design Platform中的实体实作是由Physical Compiler、Astro与JupiterXT提供，而IC Compiler则更进一步发扬光大。对于新旧产品是否有自相残杀的疑虑?Synopsys表示，两者并不会有相互取代之虞;未来除了将持续全面支持并加强Physical Compiler与Astro外，并可因应客户需求，协助转移到新一代的实体实作系统。另Synopsys将从2005年6月起，推出生产用的IC Compiler。

　　瞻前顾后的深亚微米测试—DFT Compiler MAX

　　随着制程微缩进展的另一项副作用是，数据压缩的问题。Synopsys测试事业部产品行销经理Cy Hay在接受本刊专访时表示，当制程进入130纳米后，会衍生以下原生挑战有待克服：1.制程需加入铜元素，但其腐蚀性会电路造成伤害，甚至引发短路现象;2.高度整合下将使噪声干扰的几率倍增;3.电压分布和功耗的问题;4.有限尺寸上的电路印刷错误;5.随机出现不可预期的错误;6.电路信道更窄小所带来的失误。他表示，这些问题过去未必全然不会出现，只是当制程在进入130纳米后，其发生的机率将是固有0.18微米的10~20倍!实不容轻忽。

　　自从IBM在1977年率先发表扫瞄测试的方法后，Synopsys随后在1993年开始将此概念发扬光大，相继推出1-Pass Test Synthesis(单次扫瞄测试整合)、TetraMAX ATPG(只要事先输0与1的判别型态，即可自动产业图案供判读)和实体扫瞄整合。而2001年TetraMAX DSMTest的推出是个重要的里程碑，乃针对深次微米所新衍生的制程缺点而创新的测试方法，带有诊断功能。2002年的SoC BIST进一步将自我测试功能内建于其中，对高阶的单芯片进行缜密的侦测，数据压缩量高达1,000倍;由于其容易使用和高侦测品质的特性，SoC BIST已陆续获nVidia、ATi和Toshiba等大厂的采用。

　　去年，Synopsys更将测试触角伸及良率诊断领域，不仅能纠出传统方法所无法察知的瑕疪，更是贯穿RTL和Adaptive的关键桥梁，彻底打破了三者之间的籓篱。总括这套DFT(Design for test)整合性解决方案所带来的效益如下：1.内建于系统之中，与前端设计流程紧密结合，只须使用同一种语法即可轻松作业;2.仅需牺牲约0.5%的芯片面积，且接口容易使用;3.数据压缩比为10~50倍，可依需要自定，高阶单芯片测试部分甚至可高达1,000倍，可大幅节省记忆空间及测试时间;4.布局上没有拥挤的问题，也不会扰乱时序;5.测试涵盖率达97.23%。

　　结 语

　　科技的进步加上消费者导向的市场瞬息万变，导致结果与成本同等重要且彼此关系密切，于是需要系统化解决方案处理如此多变的环境。从RTL一路到芯片的制程中，提供时序、区域、耗电量、信号完整性、绕线力与良率共同一致的最佳化。随着科技的挑战不断倍增，尖端客户与Synopsys的合作促成Galaxy Design Platform的持续演进，并发展出IC Compiler，成为实体设计在效能与生产力方面的关键。

　　而新一代的DFT整合解决方案—DFT Compiler MAX，可提供单次测试数据量压缩功能，以解决在130nm及更小的制程技术中，所遭遇到的设计及测试挑战。DFT Compiler MAX为Synopsys独特之单次测试整合解决方案的延伸，可提供高达10～50倍压缩率的简易测试数据量压缩，进而在未大幅影响测试成本的情况下，实现涵盖错误范围广大的深次微米(DSM)测试。此解决方案开放地与Synopsys的Design Compiler?罢?鯣alaxyTM Design Platform相整合，以达到最佳的时序收敛(timing closure)，并协助不具备测试专长的设计者，消除设计与测试实作之间昂贵的重复步骤。