在多個(gè)第三方IP核、外部接口和低功耗設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)下，數(shù)十億門級(jí)的專用集成電路(ASIC)已具備幾十甚至數(shù)百個(gè)異步時(shí)鐘域，而要解決跨時(shí)鐘域(CDC)問(wèn)題，RTL仿真和靜態(tài)時(shí)序分析(STA)都不是最理想的解決方案。

對(duì)數(shù)字開(kāi)發(fā)者而言，CDC問(wèn)題主要源于以下四種常見(jiàn)的跨時(shí)鐘域場(chǎng)景。

如果沒(méi)有合適的時(shí)鐘同步器，由異步時(shí)鐘域之間的抖動(dòng)引起的亞穩(wěn)態(tài)可能會(huì)導(dǎo)致功能故障。此外，設(shè)計(jì)中還存在更復(fù)雜的路徑和場(chǎng)景，例如多條同步后的路徑經(jīng)過(guò)組合邏輯匯聚在一起可能會(huì)由于同步器的不確定性而導(dǎo)致時(shí)序不匹配。此類缺陷通常無(wú)法在流片前解決，因此出錯(cuò)后可能會(huì)導(dǎo)致芯片設(shè)計(jì)返工，從而付出高昂的代價(jià)!

CDC驗(yàn)證是流片前的關(guān)鍵簽核標(biāo)準(zhǔn)。那么要實(shí)現(xiàn)這一標(biāo)準(zhǔn)，ASIC開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)將會(huì)面臨哪些挑戰(zhàn)呢?

周轉(zhuǎn)時(shí)間

CDC違規(guī)清零是芯片簽核的必要條件。

解決CDC問(wèn)題的難度與芯片的設(shè)計(jì)規(guī)模成正比。在數(shù)十億門級(jí)的ASIC設(shè)計(jì)中可能存在數(shù)百個(gè)異步時(shí)鐘和數(shù)百萬(wàn)個(gè)跨異步路徑。開(kāi)發(fā)者通常需要消耗萬(wàn)億字節(jié)內(nèi)存，并花費(fèi)數(shù)天時(shí)間才能完成全芯片的扁平級(jí)CDC分析。在此過(guò)程中，周轉(zhuǎn)時(shí)間非常重要。

在進(jìn)行CDC分析時(shí)，開(kāi)發(fā)者們可采取自下而上的分層分析法，就像進(jìn)行綜合和靜態(tài)時(shí)序分析那樣，每次分析一個(gè)模塊，逐個(gè)模塊解決CDC錯(cuò)誤。在向上一個(gè)層級(jí)移動(dòng)的過(guò)程中，開(kāi)發(fā)者們可以用抽象的CDC模型替換CDC違例已經(jīng)清理干凈的模塊。這一模型將只包含與上一層相關(guān)的時(shí)鐘路徑，而不考慮所有內(nèi)部跨異步路徑，每清理完一個(gè)層級(jí)，就會(huì)繼續(xù)進(jìn)行下一層級(jí)的CDC清理，以此類推。

通過(guò)這種方式，CDC分析可左移到開(kāi)發(fā)流程的早期階段，而無(wú)需等到流片前才完成。如果在臨近流片時(shí)還在修復(fù)CDC錯(cuò)誤，會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)造成極大的破壞性，代價(jià)極其高昂!

新思科技VC SpyGlass CDC擁有CDC簽核以及層次化驗(yàn)證流程，采用高效的分層方法，在不改變結(jié)果質(zhì)量(QoR)的情況下，減少了內(nèi)存需求，將周轉(zhuǎn)時(shí)間提高至少3倍。

誤報(bào)問(wèn)題

CDC分析的另一個(gè)重大挑戰(zhàn)是誤報(bào)問(wèn)題。

當(dāng)設(shè)計(jì)中有數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的CDC跨異步路徑時(shí)，出現(xiàn)的違例數(shù)量也會(huì)非常龐大，那么要確定問(wèn)題究竟出在哪就會(huì)如同大海撈針一般，非常困難，這就導(dǎo)致開(kāi)發(fā)者可能會(huì)遺漏一些十分重要的CDC違例從而沒(méi)有進(jìn)行bug修復(fù)。因此，對(duì)于大型ASIC開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，CDC分析十分棘手。

幸運(yùn)的是，數(shù)據(jù)科學(xué)為我們提供了解題思路──機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)技術(shù)可以成為解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵。ML技術(shù)可以根據(jù)問(wèn)題根源對(duì)違例行為進(jìn)行分類，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，很多違例行為都可以歸因?yàn)橥粋€(gè)問(wèn)題，且歸類的前五大問(wèn)題幾乎可以覆蓋95%以上的違例行為，只要解決這五大問(wèn)題，就可以極大減少違例誤報(bào)，對(duì)開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，發(fā)現(xiàn)并解決剩余5%的問(wèn)題也將容易不少。

VC SpyGlass CDC通過(guò)采用ML技術(shù)對(duì)違例誤報(bào)執(zhí)行根本原因分析(RCA)來(lái)解決誤報(bào)問(wèn)題。這種ML RCA方法不僅可以分門別類地識(shí)別違例，還可以通過(guò)調(diào)試線索提示根本原因，助力開(kāi)發(fā)者高效找到解決方案。例如，由于缺少同步機(jī)制，開(kāi)發(fā)者們可以通過(guò)更改RTL來(lái)糾錯(cuò)，但更常規(guī)的做法是對(duì)CDC約束文件進(jìn)行優(yōu)化或補(bǔ)充。這種約束優(yōu)化過(guò)程能夠快速迭代，大幅減少違例行為，并快速識(shí)別需要在設(shè)計(jì)中修復(fù)的真正的CDC問(wèn)題。

約束是否正確

CDC分析是由約束驅(qū)動(dòng)的，約束由開(kāi)發(fā)者編寫，不正確的約束可能會(huì)導(dǎo)致不正確的CDC分析，比如約束錯(cuò)誤可能會(huì)導(dǎo)致真正的CDC違例沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)，因此沒(méi)有被修復(fù)并最終導(dǎo)致流片失敗。當(dāng)芯片設(shè)計(jì)中需要輸入約束文件(如新思科技設(shè)計(jì)約束(SDC)文件)時(shí)，檢查這些輸入文件的正確性至關(guān)重要。確保這些約束文件正確的方法之一是將約束轉(zhuǎn)化為斷言并把他們放到動(dòng)態(tài)仿真環(huán)境里去驗(yàn)證。這種方法將為開(kāi)發(fā)者們提供更高級(jí)別的約束驗(yàn)證。

豁免是否正確

除約束外，還可以運(yùn)用違例豁免?；砻庖彩荂DC分析工作流所需的輸入文件，通過(guò)分析手動(dòng)生成。錯(cuò)誤地運(yùn)用豁免可能會(huì)導(dǎo)致CDC的真實(shí)錯(cuò)誤被掩蓋。即使豁免最初是正確的，但為解決功能或性能問(wèn)題，開(kāi)發(fā)者也可能需要修改RTL或網(wǎng)表ECO。在這種情況下，開(kāi)發(fā)者需要對(duì)豁免進(jìn)行核查，因?yàn)橹坝行У臈l件可能不再成立。

更困難的收斂問(wèn)題

大多數(shù)CDC問(wèn)題都可以進(jìn)行靜態(tài)結(jié)構(gòu)性分析，但在某些情況下動(dòng)態(tài)分析也是有必要的，比如在設(shè)計(jì)中存在很復(fù)雜的匯聚問(wèn)題，尤其是時(shí)序匯聚深度很深并且工具默認(rèn)檢查深度不夠的話，就會(huì)遺漏這類問(wèn)題。

所以比較好的解決辦法是使用亞穩(wěn)態(tài)注入進(jìn)行仿真。VC SpyGlass CDC將生成亞穩(wěn)態(tài)模型的CDC數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)將在仿真運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)注入隨機(jī)抖動(dòng)。

新思科技的VCS仿真可在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)讀取，新思科技的Verdi自動(dòng)調(diào)試系統(tǒng)可以對(duì)故障進(jìn)行調(diào)試，并對(duì)亞穩(wěn)態(tài)注入信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控，生成覆蓋率報(bào)告注入了多少次亞穩(wěn)態(tài)抖動(dòng)。

處理第三方IP核

大多數(shù)數(shù)十億門級(jí)ASIC會(huì)集成多個(gè)第三方IP核，這些IP核可能提供了CDC約束，但沒(méi)有提供簽核CDC抽象模型。開(kāi)發(fā)者們肯定不希望對(duì)所有IP核都進(jìn)行扁平化CDC分析，因此開(kāi)發(fā)者們可以針對(duì)IP生成其對(duì)應(yīng)的SAM 抽象模型并把它集成到頂層的CDC驗(yàn)證流程。

調(diào)試效率

與驗(yàn)證一樣，調(diào)試工具的有效性也會(huì)極大地影響開(kāi)發(fā)者的工作效率。以CDC調(diào)試為例，最有效的解決方案是將良好的圖形可視化與波形分析相結(jié)合。此外，熟悉的調(diào)試環(huán)境和在多個(gè)驗(yàn)證平臺(tái)使用統(tǒng)一的調(diào)試工具對(duì)開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)也十分重要。新思科技的Verdi調(diào)試器能夠確?？缙脚_(tái)一致性，提高CDC的調(diào)試效率。

如何處理MBIST

最后一個(gè)要考慮的問(wèn)題是如何處理MBIST插入。

MBIST通常在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)生命周期要結(jié)束時(shí)完成，可能占最終設(shè)計(jì)總邏輯的3%左右。MBIST的插入可能會(huì)導(dǎo)致芯片設(shè)計(jì)中CDC跨異步路徑大幅增加。這一點(diǎn)在流片前的CDC簽核過(guò)程中一定不能忽略。開(kāi)發(fā)者們可以先單獨(dú)對(duì)MBIST做CDC分析，清理CDC違例，之后再插入MBIST，從而減少設(shè)計(jì)迭代。

結(jié) 語(yǔ)

VC SpyGlass CDC是新思科技在Verification Continuum平臺(tái)上集成的靜態(tài)分析解決方案之一，可提供全面的CDC簽核方法，實(shí)現(xiàn)高效能、大容量和高調(diào)試效率。該方法原生地與VCS仿真工具等其他工具協(xié)同工作，并通過(guò)與Verdi調(diào)試器集成為開(kāi)發(fā)者們提供高效的調(diào)試體驗(yàn)。

原文標(biāo)題：CDC驗(yàn)證：數(shù)十億門級(jí)ASIC設(shè)計(jì)的最大挑戰(zhàn)之一

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審核編輯：湯梓紅