盡管在IC設(shè)計(jì)過(guò)程中針對(duì)不同部分可以選擇不同的EDA工具，但物理驗(yàn)證貫穿從版圖設(shè)計(jì)到流片整個(gè)過(guò)程，如果使用不同的物理驗(yàn)證工具會(huì)引起前后不連續(xù)，從而導(dǎo)致產(chǎn)生錯(cuò)誤，使出帶推遲，而且在制造時(shí)也會(huì)出問(wèn)題。本文討論使用不同物理驗(yàn)證工具帶來(lái)的問(wèn)題，并介紹如何加以解決。

　　隨著系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)設(shè)計(jì)的普及，物理驗(yàn)證成為半導(dǎo)體公司、代工廠、晶圓廠以及庫(kù)、IP和設(shè)計(jì)服務(wù)供應(yīng)商之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，成功的SoC元件集成取決于成功的物理驗(yàn)證。很多公司傳統(tǒng)上支持兩種物理驗(yàn)證工具流程，即交互式(單元/模塊)和批處理(大型模塊/全芯片)驗(yàn)證工具，每個(gè)設(shè)計(jì)流程根據(jù)設(shè)計(jì)元件的類型和設(shè)計(jì)人員使用工具的方式而選擇不同的工具。

　　SoC設(shè)計(jì)要求在交互式和批處理兩個(gè)階段都進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)則檢測(cè)(DRC)和版圖與原理圖對(duì)照(LVS)物理驗(yàn)證。在設(shè)計(jì)流程開始或在建立標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)/模塊時(shí)候用交互式工具對(duì)小單元和模塊進(jìn)行驗(yàn)證，此時(shí)設(shè)計(jì)人員需要與版圖設(shè)計(jì)工具不斷地交換信息，然后開始驗(yàn)證，在版圖設(shè)計(jì)環(huán)境中對(duì)結(jié)果進(jìn)行調(diào)試，不用再做其它設(shè)置。在這個(gè)階段，版圖設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和調(diào)試結(jié)合得非常緊密，無(wú)論什么原因脫離版圖設(shè)計(jì)環(huán)境都會(huì)使流程出現(xiàn)偏差。

　　和上述情況相反，當(dāng)設(shè)計(jì)規(guī)模超出交互式驗(yàn)證工具的范圍，或者是頭等重要的時(shí)候，通常應(yīng)用批處理工具。與交互式工具相比，批處理用戶需要更全面的命令和復(fù)雜處理模塊，為了實(shí)現(xiàn)性能，批處理工具充分利用先進(jìn)的驗(yàn)證模塊，如分層檢查和多處理運(yùn)行(很多單數(shù)據(jù)“線程”運(yùn)行在多個(gè)處理器上)以縮短整個(gè)驗(yàn)證的時(shí)間。 由于待處理數(shù)據(jù)量很大，驗(yàn)證運(yùn)行時(shí)間需要幾小時(shí)才能完成，正因?yàn)榇?，使用批處理工具的設(shè)計(jì)人員通常開始運(yùn)行后就去執(zhí)行其它任務(wù)直到運(yùn)行結(jié)束，然后再回過(guò)頭調(diào)試。批處理工具也可用作指定的簽出(sign-off)工具，確認(rèn)芯片可以出帶并交付給晶圓廠或代工廠進(jìn)行制造。

　　這種采用兩種驗(yàn)證工具的驗(yàn)證環(huán)境需要用到不同的規(guī)則文件，這些規(guī)則文件之間的不連續(xù)在單元和模塊進(jìn)行全芯片集成時(shí)會(huì)引起嚴(yán)重的分歧，不連續(xù)還會(huì)導(dǎo)致制造問(wèn)題。

　　兩種流程的差異

　　在不同流程內(nèi)有兩種工具完成類似的微調(diào)任務(wù)，表面上看起來(lái)很好，但實(shí)際上這種環(huán)境很容易出問(wèn)題。微調(diào)表明在每次改進(jìn)驗(yàn)證流程時(shí)，必須不斷校準(zhǔn)每個(gè)工具才能得出相同的結(jié)果，這需要寶貴的時(shí)間和資源，并可能使流程更新推遲。

　　另外，應(yīng)用兩種模型要求分別維護(hù)交互式和批處理物理驗(yàn)證工具及其各自的規(guī)則文件，這種分離會(huì)在工具、規(guī)則文件和驗(yàn)證結(jié)果之間產(chǎn)生差異。例如在批處理驗(yàn)證期間發(fā)現(xiàn)一個(gè)交互式驗(yàn)證漏過(guò)的單元設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，將會(huì)使整個(gè)物理驗(yàn)證流程受到質(zhì)疑。

　　如果出現(xiàn)“有的錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)，有的錯(cuò)誤漏掉”情況時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須查明為什么會(huì)漏掉錯(cuò)誤，以及在進(jìn)行驗(yàn)證之前要采取哪些行動(dòng)。僅僅改正錯(cuò)誤會(huì)對(duì)其他人員的設(shè)計(jì)部分造成不利影響，跟蹤這些差異需要多個(gè)設(shè)計(jì)人員和CAD工程師共同參與，他們必須在一起確定下面的問(wèn)題：

　　1． 在有錯(cuò)誤時(shí)，交互式和批處理工具究竟哪個(gè)是正確的？

　　2． 誰(shuí)應(yīng)該“負(fù)責(zé)”或解決這個(gè)錯(cuò)誤？

　　3． 工具之間為什么有差異？

　　4． 在今后設(shè)計(jì)中怎樣消除這些差異？

　　差異表明存在下列兩種情況之一，即交互式規(guī)則文件與代工廠標(biāo)準(zhǔn)批處理規(guī)則文件不同步，或者交互式工具不能為現(xiàn)代深亞微米工藝所需的復(fù)雜檢查進(jìn)行編碼。

　　認(rèn)識(shí)到差異并“承認(rèn)”錯(cuò)誤之后，設(shè)計(jì)人員必須對(duì)版圖進(jìn)行修復(fù)，CAD工程師則需要更新驗(yàn)證流程。但如果錯(cuò)誤是在庫(kù)單元或IP模塊里，設(shè)計(jì)人員可能無(wú)法隨意地更正或更改，這些模塊的修訂控制使得更新難于進(jìn)行，而且外購(gòu)的IP不能保證改變后仍然工作正常。解決這些問(wèn)題不僅要耗用寶貴的CAD資源，還會(huì)造成設(shè)計(jì)和出帶延遲，所以了解產(chǎn)生差異的原因是防止將來(lái)再次出現(xiàn)的關(guān)鍵。

　　每個(gè)驗(yàn)證工具都有自己的處理引擎和規(guī)則文件語(yǔ)法，處理引擎的工作方式差不多，但在性能上有很大差異。更多是為滿足速度要求的交互式驗(yàn)證工具，可能不包括進(jìn)行復(fù)雜檢查的批處理驗(yàn)證能力，在很多情況下，某些規(guī)則不能針對(duì)交互式工具進(jìn)行編碼，這樣在用批處理工具時(shí)就會(huì)有元件集成問(wèn)題，這就是批處理模式下交互式工具驗(yàn)證過(guò)的單元和模塊中還會(huì)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的主要原因。

　　為交互式和批處理流程編寫的規(guī)則文件經(jīng)過(guò)編碼后，再按代工廠或晶圓廠規(guī)定的規(guī)則文件規(guī)范去檢查錯(cuò)誤，這些設(shè)計(jì)規(guī)則規(guī)范可以保證可制造性和產(chǎn)量。在半導(dǎo)體公司，規(guī)則文件是執(zhí)行規(guī)范，根據(jù)給定設(shè)計(jì)類型的性質(zhì)，可以增加規(guī)則以進(jìn)一步加大產(chǎn)量增強(qiáng)性能。創(chuàng)建和保持這些規(guī)則文件比較困難且費(fèi)時(shí)，在兩種驗(yàn)證環(huán)境下，CAD工程師的工作量必須加倍才能支持兩種不同的規(guī)則文件，確保其編寫符合規(guī)則規(guī)范。

　　代工廠和晶圓廠的規(guī)則規(guī)范不斷在發(fā)展，因此設(shè)計(jì)規(guī)則文件必須經(jīng)常升級(jí)以適應(yīng)這些變化，然而維護(hù)并不總是有效及時(shí)的，造成規(guī)則文件過(guò)時(shí)有幾個(gè)原因：

　　1． 代工廠為幾個(gè)驗(yàn)證工具提供規(guī)則文件，但可能沒(méi)有同時(shí)對(duì)所有規(guī)則文件進(jìn)行升級(jí)，一般首先是對(duì)內(nèi)部使用的工具，然后對(duì)為其它工具設(shè)計(jì)的規(guī)則文件。必須使用代工廠的規(guī)則文件以避免設(shè)計(jì)被退回。

　　2． 設(shè)計(jì)人員可能會(huì)指定進(jìn)行其它檢查，并將其添加到代工廠規(guī)則文件里，或者從內(nèi)部工藝規(guī)范中創(chuàng)建新的規(guī)則。在兩種驗(yàn)證流程里，使用交互式工具和批處理工具的工程師會(huì)對(duì)規(guī)則規(guī)范給出不同的解釋，造成交互式規(guī)則文件和批處理規(guī)則文件之間出現(xiàn)差異。

　　3． 在出帶期間，可以把增加的檢查放入批處理簽出工具規(guī)則文件中，以提高產(chǎn)量或滿足設(shè)計(jì)約束條件。這些新規(guī)則可能沒(méi)有加到用于交互式驗(yàn)證的規(guī)則文件里，造成以后設(shè)計(jì)出帶時(shí)出現(xiàn)差異。

　　規(guī)則文件不同步不僅使全芯片集成更加困難，而且會(huì)使制造停頓，直到差異解決為止。

　　其它隱性費(fèi)用

　　支持不同物理驗(yàn)證工具還會(huì)造成其它一些費(fèi)用。如版圖設(shè)計(jì)人員和CAD工程師需要花費(fèi)大量時(shí)間查找、修復(fù)和重新驗(yàn)證各自設(shè)計(jì)和流程，出帶和CAD開發(fā)會(huì)被推遲。支持兩種驗(yàn)證流程還需要專門的資源，負(fù)責(zé)流程創(chuàng)建、鑒定、執(zhí)行和日常維護(hù)。雙工具驗(yàn)證流程要花很多時(shí)間創(chuàng)建執(zhí)行，比只用一種工具時(shí)間長(zhǎng)，而且完成之后，還需要其它CAD資源解決流程中的差異問(wèn)題。

　　培訓(xùn)和學(xué)習(xí)也要花費(fèi)時(shí)間和資源，工程師必須掌握每種驗(yàn)證工具的知識(shí)，再加上每種工具還有自己的調(diào)用和調(diào)試環(huán)境。用戶可能具有交互式工具的使用經(jīng)驗(yàn)，而當(dāng)設(shè)計(jì)規(guī)模需要用到批處理時(shí)很難應(yīng)用批處理工具，缺乏批處理/簽出工具使用經(jīng)驗(yàn)將很難解釋驗(yàn)證結(jié)果。由于時(shí)間有限只能得到一種工具應(yīng)用技術(shù)，所以設(shè)計(jì)人員必須依賴CAD小組協(xié)助完成驗(yàn)證工作。

　　單一工具的優(yōu)點(diǎn)

　　對(duì)于交互式和批處理驗(yàn)證只使用一種功能強(qiáng)大的物理驗(yàn)證工具對(duì)兩種應(yīng)用模型都有好處。設(shè)計(jì)人員進(jìn)行交互驗(yàn)證時(shí)，可以很容易地調(diào)用DRC和LVS，選擇規(guī)定的檢查以及驗(yàn)證設(shè)計(jì)各部分，并可在圖形方式下調(diào)試結(jié)果而不用離開版圖設(shè)計(jì)環(huán)境。由于版圖設(shè)計(jì)工具有一個(gè)簡(jiǎn)單的圖形用戶界面，交互式設(shè)計(jì)人員可在保持其獨(dú)有應(yīng)用模型時(shí)，快速執(zhí)行迭代驗(yàn)證。將全芯片驗(yàn)證功能延伸到單元/模塊可使交互設(shè)計(jì)人員確信單元和模塊設(shè)計(jì)都是正常的，不會(huì)在全芯片組裝時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤或延遲。

　　進(jìn)行批處理驗(yàn)證的工程師也能保留他們所需要的速度、性能和可升級(jí)性以使用批處理/簽出工具驗(yàn)證大的模塊和整個(gè)芯片，同時(shí)也有一定的靈活性，并對(duì)含各種模擬/混合信號(hào)元件的大型SoC有更深入的認(rèn)識(shí)。

　　還有一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是更快的設(shè)計(jì)周期有助于滿足目前對(duì)面市時(shí)間的要求，設(shè)計(jì)周期縮短主要有三個(gè)原因。首先，一個(gè)完全兼容和集成的工具流程能讓設(shè)計(jì)人員利用已有的大量全芯片規(guī)則文件進(jìn)行單元-模塊驗(yàn)證，而且交互式設(shè)計(jì)人員能應(yīng)用代工廠提供的規(guī)則文件。

　　其次，因?yàn)橄艘?guī)則文件不同步和工具限制之間的差異，設(shè)計(jì)人員可在芯片裝配期間節(jié)省寶貴的時(shí)間，這對(duì)趕在出帶期限之前完成任務(wù)很重要；另外還能在設(shè)計(jì)過(guò)程早期而不是后期發(fā)現(xiàn)和更正物理驗(yàn)證錯(cuò)誤，如果后期再進(jìn)行反復(fù)會(huì)拖延設(shè)計(jì)進(jìn)度。

　　第三，只用一種工具模型可使設(shè)計(jì)人員對(duì)工具更加熟悉，了解更深入，使用效率更高，從而節(jié)省時(shí)間。設(shè)計(jì)人員熟悉以后，新成員就能很容易得到培訓(xùn)，問(wèn)題解決得更快，設(shè)計(jì)決策更加迅速。同時(shí)，單一工具模型還減少了因多個(gè)驗(yàn)證工具而產(chǎn)生的維護(hù)工作量。

　　如何選擇物理驗(yàn)證工具

　　選擇一種既適用于交互式又適合于批處理驗(yàn)證流程的工具需要考慮五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

　　1．能在“開放式”非專用環(huán)境下工作

　　開放式環(huán)境能讓設(shè)計(jì)人員易于將速度更快的新工具融入設(shè)計(jì)流程之中，而封閉式環(huán)境這樣做比較難。由于流程中增加新工具同時(shí)又去掉了一些舊工具，因此物理驗(yàn)證工具應(yīng)非常靈活，能隨時(shí)適應(yīng)多種設(shè)計(jì)流程。

　　2．能在GDSII下工作

　　工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)是GDSII，它是其它所有數(shù)據(jù)庫(kù)甚至包括專用數(shù)據(jù)庫(kù)在制造時(shí)都必須遵守的。選擇在GDSII下工作的工具不僅能避免易出錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳輸階段，而且能保證數(shù)據(jù)對(duì)制造格式是正確的。

　　3．既可用于交互式也可用于批處理

　　由于一般交互式工具的性能通常無(wú)法完成批處理驗(yàn)證，所以交互式工具不是單工具流程很好的候選方案。批處理工具則沒(méi)有這些局限，在交互式物理驗(yàn)證中使用批處理/簽出工具可以為交互式用戶提供與批處理同樣的規(guī)則文件和擴(kuò)展能力。

　　4．不受設(shè)計(jì)類型約束

　　不受設(shè)計(jì)類型約束的物理驗(yàn)證工具不管設(shè)計(jì)元件類型如何，它都能有效運(yùn)行，無(wú)論是處理模擬、定制數(shù)字、存儲(chǔ)器、數(shù)字ASIC還是這些元件的組合，都不會(huì)有影響。

　　5．應(yīng)得到代工廠有力支持

　　代工廠是規(guī)則文件的很好來(lái)源，規(guī)則文件可用于不同的驗(yàn)證工具，但工廠內(nèi)部只使用一種工具規(guī)則文件作為簽出標(biāo)準(zhǔn)。用于不同工具的規(guī)則文件有些完全由代工廠評(píng)定，有些可能不是。一些批處理工具需要多個(gè)規(guī)則文件以支持不同的設(shè)計(jì)類型和工藝，這要CAD工程師對(duì)其提供支持很難，為每個(gè)工藝維持規(guī)則文件庫(kù)是一個(gè)負(fù)擔(dān)。對(duì)指定工具提供有力工藝支持表明將來(lái)會(huì)有工藝規(guī)則文件，所以選擇代工廠內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)的批處理/簽出物理驗(yàn)證工具可以保證設(shè)計(jì)具有可制造性。

　　本文結(jié)論

　　對(duì)不同的設(shè)計(jì)工具、類型和方法來(lái)講，采用一種不受設(shè)計(jì)類型約束的物理驗(yàn)證工具可為工程師制造復(fù)雜IC提供靈活性和保證。一種能對(duì)單元和模塊進(jìn)行快速交互式驗(yàn)證，以及對(duì)全芯片SoC進(jìn)行快速準(zhǔn)確批處理驗(yàn)證的驗(yàn)證工具是滿足當(dāng)前對(duì)面市時(shí)間要求的一個(gè)重要因素，把批處理工具融入單元/模塊設(shè)計(jì)指明了一條取得成功的簡(jiǎn)單方法。