Controllo delle regole di progetto in tempo reale

PROGETTAZIONE –

La piattaforma Calibre RealTime di Mentor Graphics consente di effettuare in fase di creazione del progetto la verifica fisica basata sulle regole stabilite dalla fonderia, abbreviando il tempo necessario per giungere a un layout ottimizzato per prestazioni e resa del processo produttivo.

La progressiva riduzione delle dimensioni rende i circuiti integrati sempre più sensibili a ogni minima variazione nella forma fisica degli elementi che li compongono. Per far sì che il chip funzioni nel modo previsto occorre cioè che l'implementazione fisica di ogni elemento circuitale segua regole ben precise, in termini di dimensioni assolute e di rapporti spaziali con gli altri elementi circostanti. Il mancato rispetto di queste regole rende il circuito integrato meno tollerante nei confronti della variabilità statistica del processo di fabbricazione: in altri termini, basta una minima variazione dimensionale per provocare un malfunzionamento, il che si traduce in un calo della resa produttiva. Questo problema rende oggi particolarmente complessa la progettazione dei circuiti integrati che vengono disegnati “a mano” (sebbene con l'ausilio di un sistema Eda, ovviamente), come le librerie di celle e i dispositivi analogici.

L'esplosione delle regole di progetto
All'adozione di ogni nuovo processo di fabbricazione, le fonderie di silicio e i produttori di circuiti integrati fissano una serie di regole alle quali i progettisti dovranno attenersi nella realizzazione del progetto fisico. Ma mentre fino ad alcuni anni fa queste prescrizioni erano poche e semplici da seguire, con le odierne geometrie di processo a 32 nanometri (che presto diventeranno 20 e quindi 16) e con l'aumento del numero dei livelli di metallizzazione (oggi anche undici o più), il numero e la complessità delle regole sono aumentati enormemente. L'elenco comprende controlli multidimensionali, controlli litografici, controlli relativi alla sovrapposizione dei pattern, controlli specifici per la tecnica di double patterning che si rende necessaria per scendere a geometrie così piccole ecc. L'aumento della complessità appare evidente anche considerando le dimensioni dei manuali preparati dalle fonderie: dieci anni fa le regole di progettazione potevano essere descritte in un opuscolo, oggi richiedono un volume di centinaia di pagine. A complicare ulteriormente le cose contribuisce il fatto che spesso le fonderie sono costrette a modificare le regole di progettazione dopo un primo periodo di rodaggio del nuovo processo di fabbricazione, per tener conto dei problemi imprevisti che emergono nel corso dell'attività produttiva.

Un problema aperto
Da tempo la verifica del rispetto delle regole imposte al progetto fisico (il Design Rule Check, Drc) viene effettuata tramite appositi strumenti software, poiché è impensabile che il progettista riesca a ricordarle tutte mentre compie il proprio lavoro; ma con l'aumento del numero e della complessità dei controlli cresce anche la quantità di errori da correggere. L'uso di strumenti software di tipo “batch”, che verificano l'intero progetto finito, produce quindi una lunga lista di errori da correggere manualmente; ma ogni correzione comporta il rischio della violazione di altre regole e dell'introduzione di nuovi errori. Normalmente le piattaforme per la progettazione fisica di circuiti integrati custom (librerie di celle o circuiti analogici) comprendono funzioni Drc per la verifica in tempo reale (il controllo viene eseguito immediatamente su ogni nuovo elemento circuitale disegnato dal progettista), ma le regole applicate non sono quelle ufficiali fissate dalla fonderia (non sono di qualità “signoff”, come si dice in gergo). La distanza tra il Drc offerto di serie dagli strumenti di progettazione e la verifica signoff è anzi in continuo aumento. A seconda delle strategie adottate dai produttori di circuiti integrati, questo problema può provocare danni di diverso tipo: può impedire l'ottimizzazione del layout, se i progettisti decidono di non toccare più niente appena viene raggiunta una forma che non viola nessuna regola; può causare ritardi, se si preferisce invece insistere per conciliare l'ottimizzazione del layout con il rispetto delle regole; può infine aumentare i costi, se per evitare ritardi si ricorre a un maggior numero di progettisti.

La risposta di Mentor
Intravedendo in questo problema un'opportunità di business, Mentor Graphics ha messo a punto una soluzione che combina il concetto della verifica in tempo reale con l'applicazione delle regole di progetto “ufficiali” fissate dalla fonderia. La piattaforma, denominata Calibre RealTime, è una versione “in tempo reale” della soluzione Calibre nmDRC, utilizzata da molte fonderie e da molti Idm per mettere in comunicazione il mondo dei progettisti (dove si parla di guadagni, ritardi, consumi, temporizzazioni ecc.) con il mondo della fabbricazione (dove si parla di maschere fotolitografiche, strati, numero di difetti per wafer ecc.). Calibre RealTime controlla continuamente il lavoro del progettista, analizzando in modo discreto ogni nuovo elemento circuitale che viene aggiunto al progetto. Se l'elemento viola una delle regole fissate dalla fonderia, lo strumento informa subito il progettista tramite una segnalazione in forma grafica o testuale che viene visualizzata nella stessa schermata in cui appare il progetto. In questo modo il progettista può subito correggere l'errore commesso e passare oltre, concentrandosi sul proprio obiettivi prioritario: l'ottimizzazione del layout in funzione di determinati valori di consumo, velocità o area di silicio occupata.

Risparmio di tempo
Naturalmente la verifica fisica in tempo reale non rende “più facile” la creazione di un singolo elemento circuitale conforme a tutte le regole; le prescrizioni da seguire rimangono numerose e complesse, pertanto la libertà del progettista è comunque limitata e - in altri termini - è alta la probabilità che Calibre RealTime sia costretto a intervenire segnalando una violazione (l'utilizzatore può comunque disattivare parte dei controlli, volendo). La differenza sostanziale rispetto all'approccio batch sta nell'eliminazione delle tradizionali iterazioni di progettazione-verifica-correzione, che portano via molto tempo. Per questo, secondo Mentor, l'adozione del nuovo flusso di progettazione basato su Calibre RealTime consente di abbreviare notevolmente il processo necessario per raggiungere un layout fisico capace di conciliare gli obiettivi prestazionali prefissati con un'elevata resa del processo di fabbricazione. La prima versione di Calibre RealTime è disponibile nell'ambito della soluzione di progettazione e layout per circuiti integrati custom di Mentor denominata “SpringSoft Laker”; successivamente sarà resa disponibile una seconda versione per l'ambiente di progettazione custom “IC Station”.

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