Asic-konstruktion till lågpris

Verktyg för Asic-konstruktion är för det mesta mycket dyra. Men det finns alternativ för de som inte använder de allra senaste processerna eller helt enkelt inte har råd. Paul Double, vd för EDA Solutions presenterar här ett exempel på ett lågprisflöde för utveckling av konventionella blandat analoga och digitala Asic-kretsar.

 

Det finns en stor marknad för analoga och blandat analoga/digitala Asic-konstruktioner i mogna processtekniker. Stora legotillverkare ibland annat Europa, som inte nödvändigtvis erbjuder de ledande processteknikerna, gör tusentals olika Asic-konstruktioner, och det i volymer om hundratusentals eller t o m miljontals kretsar.
Typiska Asic-konstruktioner kan exempelvis inkludera några miljoner grindar i en process för 0,13 eller 0,18 µm och arbeta vid några hundra MHz. Företagen som utnyttjar dessa fabriker behöver inte nödvändigtvis ledande konstruktionsverktyg utvecklade för att lösa problem vid 32 eller 28 nm och därunder. Lyckligtvis finns det många bra EDA-verktyg med nära nog samma prestanda, men till en bråkdel av de priser som är vanliga för ledande verktyg. Uppbackade av tillgång till processkonstruktionssatser (Process Design Kits, PDKer) från legotillverkarna erbjuder dessa verktyg en bra blandning av produktivitet och kostnadseffektivitet.
EDA Solutions har bevisat detta under många års arbete med verktyg för analog och analog/digital konstruktion från Tanner EDA. Verktygen gör det som konstruktörerna behöver dem för och ger samtidigt utmärkta PDK-tjänster som möjliggör för konstruktörer att använda dessa verktyg i den processteknik de valt. Företag som Tanner EDA, inom analog och blandsignalkonstruktion, och Aldec Inc samt Incentia Design Systems inom digital konstruktion, har utvecklat utmärkta verktyg för konventionella Asic-konstruktioner (även om Incentias verktyg faktiskt också har använts av kunder ända ner till 32 och 28 nm).

Digital simulering
Hur kan då ett konstruktionsflöde för Asic-kretsar (se fig 1) gjort med billiga verktyg se ut? Om vi börjar med digitalsimulering är RTL-simuleringsmotorn Riviera-PRO från AldecInc. ett bra val. Det är ett billigt, men väl fungerande, alternativ till simulatorerna från de stora aktörerna på området. Riviera-PRO, som kan köras i både 64-bitars Windows och Linux, stöder de främsta konstruktionsflöden som används i Europa för analog, digital och blandsignalbaserade konstruktioner. RTL-verktyget kan användas på flera plattformar med blandade språk och för simulering på grindnivå, inkluderar avancerad avlusning och stöd för avancerade verifieringsmetoder med SystemC och SystemVerilog. Verktyget klarar assertion-baserad verifiering (ABV), modellering på transaktionsnivå (TLM) och kontroll av konstruktionsregler för VHDL/Verilog (DRC).

Digital syntes
När den digitala konstruktionen och simuleringen är klar är det dags för syntesen, där en liknande rekommendation kan göras för kostnadseffektiva verktyg. Men utöver grundläggande syntesfunktioner erbjuder logiksyntesverktyget DesignCraft från Design Systems även en rad tillägg för att skapa ett effektivt konstruktionsflöde. Verktyget stöder standardiserade format för grindbibliotek och möjliggör för konstruktörer att omvandla RTL-kod till VHDL eller Verilog på grindnivå. Det kan också optimera för area, kraft, timing och “design-for-testability” (DFT), utöver funktionen för inläggning av skanningsvägar.

Optimera energiförbrukning
Incentias verktyg för analys och optimering av timing och energiförbrukning ställer in restriktioner för timing och ger energioptimering på syntesnivå. Det kan ge en väsentligt minskad energiförbrukning, exempelvis genom att utnyttja klockgrindning, vilket kraftigt minskar energiförbrukningen efter placering och routing. Det är ingen överdrift att säga att Incentias ECOCraft-Power kan åstadkomma prestanda och energiförbrukningen i klass med verktyg från några av de ledande verktygsföretagen.
Incentias verktyg är beprövade för många konstruktioner i tekniker ned till 28 nm och med över 50 miljoner grindar, vilket är mer än nog för flertalet konstruktörer av analog/digitala Asic-kretsar i processer från 0,35 till 0,13 µm.

Digital placering och routing
Digital “place-and-route” kan utföras mycket effektivt som en separat funktion. En nätlista på grindnivå kan köras genom ett “place-and-route”-verktyg, som ger den fysiska layouten och en timing-fil för omsimulering, för att verifiera att timingen fortfarande fungerar efter layouten. Och eftersom funktionen är mycket överförbar finns det ett par billiga alternativ för konstruktionsteam.
Om behoven är blygsamma har Tanner EDA ett utmärkt billigt verktyg för grundläggande “place-and-route”-behov, med färre än 100 000 grindar och för kretsar där layouten inte behöver vara timing-driven. Om det exempelvis är en digital konstruktion i en 0,18 µm-process, som arbetar vid 5 MHz och med grind- och routing-fördröjningar på kanske några få nanosekunder, är detta inget egentligt problem. Men om konstruktionen arbetar vid hundratals MHz och däröver blir fördröjningarna väsentliga och kan potentiellt leda till logikfel.


Exempel på konstruktionsflöde för blandat analoga och digitala Asic-konstruktioner.

Ett andra alternativ, om det är fråga om ett mer krävande behov, är att vända sig till ett företag som erbjuder konstruktionstjänster eller att be legotillverkaren att tillhandahålla sådan service. För två eller tre konstruktioner per år innebär det kanske tiotusentals euro årligen, vilket kan jämföras med hundratusentals euro i årliga licenser för verktyg från de ledande verktygsföretagen. Det finns många välkända och respekterade företag såsom Europractice och IC Mask Design som tillhandahåller kostnadseffektiva tjänster.

Analogt konstruktionsflöde
Det analoga konstruktionsflödet följer i huvudsak det traditionella tillvägagångssättet: inläggning av kretsschema; simulering via spice; och “full-custom”-layout, även om detta inkluderar en del mera manuella uppgifter. Det är till exempel nödvändigt att gå igenom inläggning av kretsschema och simuleringsslingan några gånger för att se till att kretsen fungerar som den ska.
Efter att konstruktionen godkänts övergår kretsschemakonstruktionen till analog layout, som automatiskt genererar samtliga grundläggande komponenter, såsom MOSFETar, motstånd och kondensatorer. Allt konstruktören behöver göra är att placera och routa.
Tanners mycket produktiva layoutverktyg HiPerDevGen har även ett avancerat accellerationsprogram som identifierar och automatiskt genererar viktiga kretsdelar, såsom motståndsdelare, strömspeglar eller differentiella par, med en stor mängd ytterligare information för begränsningar, såsom matchning, automatisk dummy- eller diodinsats för antenn, vilket tillser att hänsyn tas till samtliga processrelaterade effekter.

Layout och simulering på högsta nivå
Layout på högsta nivå för samman analoga och digitala delar i en enda krets och anslutningsinformation tas ut från layouten för att verifiera att hela kretsen fungerar som den skall. Vid den analoga och blandsignalbaserade (AMS) simuleringen efter layouten simuleras analoga kretsar i Spice och digitala kretsar i VHDL eller Verilog. Ett verktyg från Tanner ger ett gränssnitt som sammanför de båda domänerna. Sammanlagd simulering på högsta nivå kommer bara att gå så fort som den långsammaste simulatorn, men den bör genomföras på hyfsat kort tid med en snabb digital simulator för hundratusentals digitala grindar och en bra analog simulator som arbetar på några hundra analoga transistorer.

Verifiering
När kretsprestanda har etablerats körs verifiering av hela kretsen, inkluderande LVS (Layout Versus Schematic) för både analoga och digitala delar, verifiering på högsta nivå för att se till att allt är korrekt anslutet, samt DRC (Design RuleChecking) för att bekräfta att kretsen är klar för tillverkning hos legotillverkaren. När kretsen väl visat sig vara tillverkningsbar kan GDSII-filen skickas till fabriken.
Detta konstruktionsflöde fungerar naturligtvis för verktyg från vilket företag som helst. Det vi gör hos EDA Solutions är att sätta samman ett alternativt konstruktionsflöde som är billigt och produktivt, förutom att erbjuda verktyg av världsklass till alla som sysslar med konventionell blandsignalkonstruktion.
Paul Double, vd för EDA Solutions
 

Comments are closed.