静态时序分析(static timing analysis, 以下统一简称 sta )是验证数字集成电路时序是否合格的一种方法,其中需要进行大量的数字计算,需要依靠工具进行,但是我们必须了解其中的原理。
在综合工具(dc/genus 等),布局布线工具(icc2/innovus 等),时序分析工具(primetime/tempus 等)中都嵌入了不同的sta引擎,这些引擎往往在时间和精度方面有一些折衷,但是目的就是以尽量小的误差去模拟物理器件和绕线的spice模型,从而更接近芯片生产出来后真实的性能。
为了更好地理解sta,有必要提一下时序仿真,它是另外一种验证数字集成电路时序是否合格的方法。下面用一张表来对比一下这两者之间的区别:
第一点是激励波形,sta是不需要的激励波形的,但是需要sdc(synopsys design constraint,时序约束),后续的文章会具体介绍sdc的内容, 而时序仿真时严重依赖激励波形的;第二点是完整度,sta能够对数字电路中所有的时序路径进行全面的检查,而时序仿真在覆盖率上有一定限制;第三点是效率,sta的比较简单,速度更快,而生成仿真需要的激励,建立仿真环境可能费时费力;第四点是鲁棒性,sta能够考虑到电路中串扰噪声以及ocv(on chip violation, 片上偏差)的影响,提高芯片制成后的良率,而时序仿真做不到这一点。
既然,sta在数字集成电路中如此不可或缺,那具体是由哪些人负责,又是做什么具体的工作呢?关于这个问题,在不同的公司各有不同,但是负责sta的人一般都会同时负责综合,生成sdc,标准单元工艺库的选择,时序签核(timing signoff)及相关标准的制定等等。他们需要对设计有一定了解,更加需要对工艺的时序特性有全面地掌握,在系统性能指标的定义时需要提供参考意见。作为芯片时序性能检查的最后的把关人,需要一定经验的积累,同时也需要敏锐发现并解决潜在新问题的能力。
当然,sta也有它的局限性,需要通过仿真进行交叉验证。下面简单列举几个方面:
sta针对的是数字电路,和模拟电路相关的路径无法通过sta验证数字电路中产生的不定态在sta不会验证,这个需要通过仿真进行仔细检查确认电路中不同状态机之间的同步需求不能通过sta来验证对时钟生成电路的验证无法通过sta完成时序约束中会有例外情况,需要人工处理
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