大規(guī)模IC設計中ASIC、COT和COPD模型的選擇策略

當前的IC設計日益復雜，部分設計規(guī)模達到數(shù)百萬門以上，時鐘速度超過千兆赫茲，而且設計周期越來越短。在這種情況下，設計工程師必須考慮很多因素，而不僅僅考慮選擇什么樣的設計流程來實現(xiàn)其設計目標。ASIC模型、COT(客戶自有工具)模型和COPD(客戶自有物理設計)這三種設計流程都具有一定的優(yōu)勢，充分利用基于從RTL到GDSII的綜合系統(tǒng)，工程師在采用這些設計流程時可以獲得更多的便利。

ASIC、COT與COPD的對比

在傳統(tǒng)的ASIC和COT模型中，設計工程師負責描述IC的邏輯功能并定義各種物理實現(xiàn)的約束條件，如時序、I/O連接、功能分割、時鐘以及信號完整性和功率完整性。在ASIC模型中，硅片供應商負責開發(fā)一個實現(xiàn)以下部分的平臺：單元庫、I/O單元、嵌入式存儲單元、合格的封裝-裸片組合、硅片制造、封裝、封裝元件的測試，并將這些經(jīng)過測試的元件提交給設計工程師。在COT模型中，客戶負責除實際芯片制造以外的其他所有功能設計。

新的COPD模型結合了兩者的優(yōu)點，它提供來自ASIC供應商的通過芯片驗證的庫、IP和器件制造基本結構，同時還可以在需要的情況下提供從RTL到GDSII執(zhí)行物理設計的靈活性和控制。

在選擇和比較模型時，設計工程師需要考慮有以下因素：

1. 初始的直接成本，即非經(jīng)常性工程成本(NRE)。

2. 面市時間，從概念到實現(xiàn)的整個周期時間。

3. 批量生產(chǎn)的時間，比面市時間更加重要。

4. 產(chǎn)品品質，包括速度、芯片大小、功耗和可靠性。

5. 間接成本，如在物理設計、封裝和測試方面采用的內部專有技術。

6. 決定是自己實現(xiàn)還是購買IP，這將影響產(chǎn)品面市時間。

7. 設計方法，包括實現(xiàn)芯片的最具可預測性途徑。

綜合結構增強設計的可預測性

在上面所列的因素中，對設計工程師最重要的或許是可預測的設計方法。Magma公司開發(fā)了一種基于公共數(shù)據(jù)模型結構的綜合設計系統(tǒng)，采用該系統(tǒng)可以實現(xiàn)從RTL到GDSII的設計，并消除邏輯設計與物理設計之間、設計實現(xiàn)與分析之間的不可預測性，而與具體的設計執(zhí)行者無關。在該系統(tǒng)中，所有的設計、實現(xiàn)和分析引擎都能直接訪問設計中不斷更新的邏輯、時序、物理層面以及電子層面的情況，能實現(xiàn)快速動態(tài)設計以及分析和修正。該系統(tǒng)中，每個引擎總是知道別的引擎在干什么，因此可以通過采取適當措施來使設計滿足性能指標要求。

傳統(tǒng)上，工具流程中每個工具都有一個獨特的數(shù)據(jù)模型，并利用文件傳遞來實現(xiàn)在工具之間傳送數(shù)據(jù)，每個工具孤立地工作。文件從一個工具中讀出然后寫入到另一個工具，這樣可能將浪費幾天寶貴的設計時間。為了加強綜合，把公共數(shù)據(jù)庫加到這些流程中，并將設計數(shù)據(jù)存放在公共數(shù)據(jù)庫，這樣就避免了在工具之間直接傳遞設計數(shù)據(jù)。由于這些耗時的文件交換和按部就班的設計方法，如果由不同的公司負責設計流程不同部分的時候，設計迭代和不可預測流程將仍然是問題所在，甚至還會更加嚴重。

綜合COT流程

一個領先的IC和IP核供應商采用了基于Magma的綜合RTL到GDSII系統(tǒng)的COT模型。該公司以前的ASIC流程常常使設計周期很長，增加了生產(chǎn)成本。結合Magma綜合物理設計系統(tǒng)和該IP供應商的設計專門技術之后，可以實現(xiàn)全面控制從網(wǎng)表到GDSII的后端過程，減少了為實現(xiàn)時序收斂和降低噪聲的迭代次數(shù)，同時提高性能并減小芯片尺寸。這種系統(tǒng)不僅增強了設計流程的可預測性，而且使建立和驗證整個流程的工作量最小化，并減少了對工程師進行邏輯和物理設計工具培訓的工作量。有了這個COT模型，大的復雜設計將能以更具成本效益的方式實現(xiàn)，在提高性能的同時減少了布局布線時間。

綜合ASIC和COT流程

一家大的半導體公司一直在利用Magma的綜合系統(tǒng)來實現(xiàn)更具可預測性的ASIC和COT流程，Magma統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型結構的靈活性和可擴展性使該公司將幾十年來的設計經(jīng)驗和大批量、可靠的硅片制造技術融入到設計流程中。該公司通過與Magma的合作，建立了一種ASIC設計流程，使他們能夠迅速把時序信息反饋到其客戶那里。在客戶將設計交給其設計中心時，他們能很快地實現(xiàn)在物理層面具有確定性的邏輯，而不是傳統(tǒng)上不切實際的統(tǒng)計模型。統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和時序報告讓他們能決定其客戶的設計是否可以在要求的裸片尺寸上實現(xiàn)，并滿足大批量生產(chǎn)所要求的可靠性、質量和速度。

該公司在其世界各地的設計中心采用了Magma的綜合系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有易用性和可定制特性，這使他們能夠迅速地在世界各地的所有設計中心采納這個系統(tǒng)，并創(chuàng)立一個能保證最終產(chǎn)品質量的一致性的設計環(huán)境。由于一致性設計環(huán)境位于ASIC客戶附近，這樣就減少了ASIC客戶目標與設計實現(xiàn)之間不匹配的機會。

目前，越來越多的公司都想做他們自己的物理設計，而不負責后端制造。Magma綜合系統(tǒng)使客戶可以根據(jù)其經(jīng)驗和物理設計水平來決定在什么設計層次提交其設計。

本文小結

COPD模型為ASIC和COT客戶以及代工廠商提供了很多可行性，COPD模型的綜合設計系統(tǒng)對設計工程師和硅片供應商來說是非常有益的，它給設計工程師提供更多靈活性。例如，在將設計遞交給芯片供應商之前，設計工程師可以選擇只做頂層物理設計，或者用引腳分配和時間預算來分割設計，或者實現(xiàn)時鐘和功率結構，或者實現(xiàn)到GDSII的完整物理設計。對芯片供應商來說有兩個主要好處：首先是降低了設計支持的成本，同時保持了最終的質量；其次，保留客戶的一個方法，即不要失去那些希望改變其設計模型的客戶。