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由于近年来集成电路特征尺寸的不断缩小,以及芯片规模的持续扩大,使得ASIC芯片设计的难度和所需的时间大大增加。同时,在深亚微米工艺下,物理设计出现了一些新的问题。主要包括:由于连线变窄,长度增加,互连线延迟变得越来越大,互连线延迟的难预测性造成了前后端设计的大量迭代,因此整个设计的周期大大加长;特征尺寸的缩小,互连线长度的增加,使得互连线间的耦合电容在总电容中占据的比例变大,发生线间串扰的概率增大;组成电源网络的互连线的阻抗特性变得非常明显,从而导致了电源网络上的电压波动,电压降效应更加突出。所以,能够正确、快速的完成芯片的时序收敛,而且要保证信号完整性、电源完整性的要求,是对于物理设计的新要求。
交换(Switch)芯片是曙光5000A互连网络中的重要组成部分,是实现高性能互连网络的关键。该芯片采用Faraday的0.1μm工艺,采用倒装芯片封装。工作频率为156.25MHz,芯片核心的面积为9×9mm2,芯片规模约为4百多万门。芯片中有16个输入输出端口,共计685个信号管脚,包含48个异步FIFO,用17×2048位的双端口存储器实现。本文针对交换芯片的性能指标,结合物理设计的特点,分析了该芯片设计中可能存在的挑战:包括互连线延迟问题,串扰噪声的问题,跨时钟域信号的处理问题,电源完整性的问题等。对于这些设计中的挑战,提出了解决的方法,并在物理设计的过程中加以实现。并且,结合交换芯片的物理设计实例,总结出了基于Magma电子辅助设计工具的物理设计方案,可以实现从逻辑代码输入,到最终物理版图生成的整套过程。
最后,对深亚微米下物理设计的前沿技术:芯片的可制造性设计、带有低功耗意识的设计等进行了一些探索,并且基于这些技术和工程中的设计要求,提出了下一步的工作目标。