基于Liberate+Tempus的先進老化時序分析方案
2022年電子技術應用第8期
歐陽可青1，2，王 彬1，魏 琦1，2，魯 超1，陳俊豪3，李鳴霄3
1.深圳市中興微電子技術有限公司，廣東 深圳518055； 2.移動網絡和移動多媒體技術國家重點實驗室，廣東 深圳518055；3.上海楷登電子科技有限公司，上海200000
摘要： 在先進工藝節點(7 nm，5 nm及以下)下，電路老化已經成為制約芯片性能和可靠性的“卡脖子”難題。老化效應將導致器件延時增大，進而產生時序違例的風險。數字電路設計工程師需要在時序分析中預判老化后的時序情況，并針對性地設置時序裕量，才能確保芯片在服役期限中可靠地運行。鑒于此，導入基于Liberate+Tempus的考慮老化效應的靜態時序分析(aging-aware STA)方案。評估結果顯示，該方案能在兼顧效率、準確性、多樣場景老化時序分析的同時實現時序裕量釋放，為達成具備更高可靠性和更佳性能的先進芯片設計提供有力依據。
中圖分類號： TN402
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.229806
中文引用格式： 歐陽可青，王彬，魏琦，等. 基于Liberate+Tempus的先進老化時序分析方案[J].電子技術應用，2022，48(8)：60-64，69.
英文引用格式： Ouyang Keqing，Wang Bin，Wei Qi，et al. Advanced aging-aware STA solution based on Liberate+Tempus[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(8)：60-64，69.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.229806
中文引用格式： 歐陽可青，王彬，魏琦，等. 基于Liberate+Tempus的先進老化時序分析方案[J].電子技術應用，2022，48(8)：60-64，69.
英文引用格式： Ouyang Keqing，Wang Bin，Wei Qi，et al. Advanced aging-aware STA solution based on Liberate+Tempus[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(8)：60-64，69.
Advanced aging-aware STA solution based on Liberate+Tempus
Ouyang Keqing1，2，Wang Bin1，Wei Qi1，2，Lu Chao1，Chen Junhao3，Li Mingxiao3
1.Department of Back-End Design，Sanechips Technology Co.，Ltd.，Shenzhen 518055，China； 2.State Key Laboratory of Mobile Network and Mobile Multimedia Technology，Shenzhen 518055，China； 3.Shanghai Cadence Electronics Technology Co.，Ltd.，Shanghai 200000，China
Abstract： At the advanced process nodes(7 nm，5 nm and belows), circuit aging has become a neck problem that restricts chip performance and reliability. The aging effects may cause increasing cell delay, and thus led to the risk of path timing violation. The IC design engineers need to predict the aging timing in the timing analysis and set some aging margin accordingly to ensure the reliable operation of the chip during the service life-time. In view of this, this paper introduces an advanced aging-aware STA solution based on Liberate+Tempus. Evaluation results show that this solution can release the over-designed time margin while keeping the analysis efficiency, the accuracy, as well as the multi-situation analysis capability, thus providing a powerful basis for achieving advanced chip design with higher reliability and better performance.
Key words : chip aging；static timing analysis；Tempus；aging-aware STA
0 引言
在數字電路物理設計中，隨著晶體管特征尺寸不斷減小到7 nm、5 nm及以下，器件性能對老化的敏感度急劇增加，電路老化已經成為制約芯片性能和可靠性的關鍵問題。研究表明，以偏置溫度不穩定性(Bias Temperature Instability，BTI)和熱載流子效應(Hot Carrier Injection，HCI)為主的老化效應將導致標準單元(可稱為cell)延時增大，進而產生路徑時序違例的風險[1-3]。對此，IC設計工程師需要在芯片物理實現階段即進行考慮老化的時序分析，通過設置針對性的時序裕量(margin)來覆蓋老化后的惡劣時序場景，確保芯片在服役期限中可靠運行。在先進工藝芯片設計中，精確的老化時序分析并確認合理的margin是一個關鍵問題。偏大的margin會導致過設計，帶來額外成本并限制芯片性能，而偏小的margin會導致欠設計，造成失效泄露的風險。
本文利用基于Liberate+Tempus 的aging-aware STA 方案進行先進芯片的老化時序分析，評估其效率、準確性以及針對多樣應用場景的老化時序分析能力。
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作者信息：
歐陽可青1，2，王 彬1，魏 琦1，2，魯 超1，陳俊豪3，李鳴霄3
(1.深圳市中興微電子技術有限公司，廣東 深圳518055；
2.移動網絡和移動多媒體技術國家重點實驗室，廣東 深圳518055；3.上海楷登電子科技有限公司，上海200000)
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