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【车规芯片】如何引导时钟树生长方向

news 来源：原创 2025/9/1 9:51:56

12nm车规DFT+APR项目中，我们可以看到，绝大部分的sink都受控于xxxx_tessent_occ_clk_cpu_inst/tessent_persistent_cell_clock_out_mux/C10_ctmi_1这个mux，这是我们DFT设计结果：

这里我们重新打开place的数据

Anchor，也就是锚。Anchor Driver 就是用来进行锚定的驱动器。

Clock Tree基于某些特殊的需求，我们可能需要人为地控制CTS的生成方向。于是，我们可以引入anchor driver来实现引导。

注意，我们的occ模块在place阶段被设置的guide，导致anchor无法被place到指定的loc处。思考怎么处理？

添加好的效果如下：

然后看下时钟树的整体效果，是不是很棒？

景芯实战项目

2.5GHz数字后端实战课！过年大促！

景芯SoC【设计】实战课

景芯SoC【验证】实战课

景芯SoC【DFT】实战课

景芯SoC【后端】实战课

【劲爆】芯片全流程实战

“2.5GHz频率 hierarchy UPF DVFS低功耗CPU后端培训”

2.5GHz 景芯12nm CPU hierarchy upf DVFS 后端实战训练营！

项目手把手一对一辅导！随到随学！

课程报名微信：

课程采用hierarchy/partition flow，先完成单核cpu实战，然后完成CPU TOP实战！训练营简介：

Instance：315万
Gate count：2600万
Frequency: 2.5GHz
Power domain：7个，hierarchy UPF设计
EDA工具有VCS/Fusion Compiler/VCLP
EDA工具有innovus/Starrc/PT/Voltus/formality/LEC/Calibre
EDA工具有Redhawk-sc全网首发python版

授课形式：视频+文档+上机实践，真实项目flow，一对一答疑！
ICer加班太多，项目采用视频模式，随到随学！

景芯12nm CPU后端训练营您将掌握以下知识：

掌握hierarchy UPF文件编写，掌握Flatten UPF文件编写、UPF验证。本项目采用hierarchy UPF方式划分了7个power domain、voltage domain。
掌握power switch cell，包括SWITCH TRICKLE、SWITCH HAMMER。掌握低功耗cell的用法，选择合适的isolation cell、level shifter等低功耗cell。
掌握Power gating，Clock gating设计技术。
掌握Multi-VT设计技术，本项目时钟树都是ULVT，动态功耗小，skew小。
掌握DVFS技术，ss0p9 2.5GHz、ss0p72 2.0GHz,，其中sram不支持ss0p63。要做ss0p63的话，给sram vddm单独一个0p7v的电源即可。
掌握multibit cell的用法，本项目CPU里面的mb高达95%，选择合适的multibit cell得到超高的CPU利用率。INNOVUS里面一般不做mb的merge和split。所以前后一样的，一般综合做multibit的merge split。

根据TOP Floorplan DEF进行CPU子系统的partition以及pin assignment。
Top的Power stripe的规划及其push down。
SpecifyBlackBox，将CPU core镜像partition。
手动manual cut the BlackBox的方法，掌握复杂的floorplan设计方法经验。
VerifyPowerDomain，检查低功耗划分以及UPF的正确性。
Pin assignment，根据timing的需求进行合理的pin脚排布，并解决congestion问题。
掌握Timing budget。
掌握利用Mixplace实战CPU的自动floorplan，掌握AI的floorplan方法学。

掌握Fusion compiler DCG，利用fusion compiler来完成DCG综合，进一步优化timing与congestion。
掌握hierarchy ICG的设计方法学，实战关键ICG的设置与否对timing的重大影响。
掌握Stapling技术，实战power switch cell的布局和特殊走线的方法学，掌握CPU子系统的powerplan规划及实现，保证CPU子系统和顶层PG的alignment。
掌握CPU子系统和TOP的时序接口优化。掌握TOP isolation cell的placement以及isolation cell input电学特性检查。
掌握TOP和CPU子系统的clock tree Balance优化处理，common clock path处理。时钟树结构trace和时钟树评价。
CPU子系统的DRC/LVS检查
TOP系统的DRC/LVS检查
Hierarchy & Flatten LVS检查原理及实现方法
静态时序分析&IR-Drop
DMSA flow
根据Foundry的SOD（signoff doc）的Timing signoff标准建立PT环境。
Star RC寄生抽取及相关项检查
Timing exception分析，包括set_false_path、set_multicyle_path解析。
PT timing signoff的Hierarchical和Flatten Timing检查
PT和PR timing的差异分析、Dummy insertion和with dummy的Timing分析
IR-Drop分析

训练营部分文档：

Flow：Partition Flow

时钟结构分析：

复位结构分析：

12nm 2.5GHz的CPU实战训练营需要特别设置Latency，TOP结构如下，参加过景芯SoC全流程训练营的同学都知道CRG部分我们会手动例化ICG来控制时钟，具体实现参见40nm景芯SoC全流程训练项目，本文介绍下12nm 2.5GHz的CPU实战训练营的Latency背景，欢迎加入实战。

时钟传播延迟Latency，通常也被称为插入延迟（insertion delay）。它可以分为两个部分，时钟源插入延迟（source latency）和时钟网络延迟（Network latency)。

大部分训练营同学表示平时都直接将Latency设置为0了，那latency值有什么用呢？其实这相当于一个target值，CTS的engine会根据你设置的latency值来插入buffer来实现你的latency target值。

下图分为1st Level ICG和2nd Level ICG，请问这些ICG为什么要分为两层？

请问，为什么不全部把Latency设置为0？2nd Level ICG的latency应该设置为多少呢？

latency大小直接影响clock skew的计算。时钟树是以平衡为目的，假设对一个root和sink设置了400ps的latency值，那么对另外的sink而言，就算没有给定latency值，CTS为了得到较小的skew，也会将另外的sink做成400ps的latency。请问，为何要做短时钟树？因为过大的latency值会受到OCV和PVT等因素的影响较大，并有time derate的存在。

分享个例子，比如，CPU低功耗设计，DBG domain的isolation为何用VDDS_maia_noncpu供电而不是TOP的VDD？

答：因为dbg的上一级是noncpu，noncpu下面分成dbg和两个tbnk。

再分享个例子，比如，CPU低功耗设计，这个switch cell是双开关吗？答：不是，之所以分trickle和hammer，是为了解决hash current大电流，先开trickle，然后再开hammer。

再分享个例子，比如，CPU课程的低功耗例子：请问，如果iso cell输出都要放parent，输入放self，那么下面-applies_to_outputs对应的-location为何是self?

答：这个需要了解CPU的内部设计架构，tbnk掉电 VDDS_maia_noncpu也必然掉电，pst如下，所以-applies_to_outputs对应的-location是可以的，那么注意下debug domain呢？

实际上，没有tbnk到debug domain的信号，因此脚本如下：

再分享个例子，比如，CPU课程的低功耗例子：为何non_cpu的SRAM的VDD VDDM都接的可关闭电源？SRAM的VDD VDDM分别是常开和retention电源吧？

答：本来是VDDM作为retention电源设计的，VDD关掉后 VDDM可以供电作为retention使用，但是此处没有去做memory的双电源，sram当成单电源使用，不然sram无法彻底断电。

再分享个例子，比如，CPU课程有学员的单核CPU core LVS通过, 但是CPU顶层LVS比对不过，我们来定位一下。

以FE_OFN4326_cfgend_cpu1_o为例，点击下图FE_OFN4326_cfgend_cpu1_o：

找到calibredrv错误坐标：（1949,139）

对应到innovus去看坐标：（1949,139）

看到单核cpu的pin脚过于密集，造成顶层连接pin脚时候会无法绕线，从而导致innovus从单核cpu上面走线，形成short。尽管单核cpu带了blockage，但是invs没有足够的连接pin的routing resource，也就只能在单核cpu上面去try了。

修改办法很简单，具体操作option参见知识星球。

保存db，重新LVS，比对通过。

我们来对比下12nm CPU TOP项目与A7项目的资源。12nm CPU TOP项目Gate数目是A7的13倍！如果都采用28nm制程，A72的面积应该是1180790um^2，实际12nm CPU TOP项目采用12nm制程面积是486100um^2，1180790/486100=2.4，符合摩尔定律。

A7单核：

Gates=240291 Cells=118421

12nm CPU TOP单核：

Gates=3125649 Cells=1207766

A7单核：

Area=90830.1 um^2

12nm CPU TOP单核：

Area=486100.9 um^2

12nm CPU TOP处理器Partition Flow：

A7处理器：

12nm CPU TOP项目好评：

先说结论：

课程内容非常全面，讲解到位，会有专门的工程师一对一答疑，整个项目跑下来提升非常大，绝对物超所值！

一些细节：

本人微电子专业研一在读，有过两次简单的数字芯片流片经历，出于学习和科研需要，报名了景芯的12nm CPU TOP UPF DVFS后端课程。

整个项目基于innovus实现，主要包括芯片partition、maia_cpu的PR和MAIA顶层的PR三个阶段。在每个阶段PR结束之后，对maia_cpu ip核/MAIA顶层进行Calibre DRC, LVS检查，StarRC抽参，pt抽参，lc生成lib文件，使用xtop/pt进行timing eco修复setup/hold违例，LEC逻辑等价性检查，VCLP低功耗设计静态检查，voltus功耗和压降评估，redhawk功耗和IR Drop分析等等。个人觉得课程的设置真的非常全面，涵盖了芯片后端物理实现直到tapout的全流程，本人在跑这套后端flow的过程中也了解到很多非常实用的后端EDA工具和功耗/时序的分析/修复方法。

项目整体流程和部分文档

在partition阶段，进行初步的floorplan，划分电压域，并实现顶层的电源网络。如下图所示，整颗芯片包含两颗cpu核，若干L2 $，一些常开模块和PMU模块等等。整颗芯片共划分了6个电压域。（顺便提一句，我觉得整个项目唯一美中不足的地方是顶层芯片没加PAD，景芯的另一个soc项目有加PAD的流程）

MAIA before partition

MAIA partition

maia_cpu阶段实现单颗cpu的PR，这部分流程就比较常规了，首先导入之前partition好的maia_cpu部分的def，随后进行单颗maia_cpu的floorplan、摆放powerswitch和各种tapcell, endcap、电源网络设计、摆放标准单元、时钟树综合、二级电源连线、信号布线、各种check和verify、release等。但是！让我眼前一亮的有两点，一个是12nm的电源网络的via pillar处理方式，另一个是ICG单元的特殊处理和整个时钟网络的balance，还是学到不少新东西的。

maia_cpu floorplan

via pillar

overview of ICGs

完成maia_cpu后，我先进行starRC、pt抽参，随后使用xtop优化setup和hold，并再次打开innovus使用xtop生成的脚本自动进行eco修复timing。确认时序没有违例后，使用Calibre进行DRC、LVS检查，不出所料有很多DRC违例，LVS不通过。但是！！！景芯的一对一辅导真的很靠谱，有几个较难的DRC和LVS问题，工程师会一步步帮忙找bug并进行eco，整个过程非常专业并且工程师真的非常非常有耐心。最后如愿DRC和LVS clean。

DRC/LVS results

对maia_cpu进行一系列LEC检查和功耗、压降检查后，就可以进行最后一步MAIA顶层的布局布线了。依次读入各种lib和lef文件、maia_cpu的def和partition阶段产生的MAIA顶层的def，随后与maia_cpu相同，进行floorplan、电源网络、时钟树综合等等，不再赘述。

MAIA after CTS

整体来说我觉得这个项目是非常完善的，DRC、LVS、时序、功耗、压降等各种检查都有涉及；同时项目也非常有难度，不仅芯片规模大，制程先进(12nm)，还涉及很多UPF的相关内容。景芯课程视频和实践相结合的授课方式也非常有效，课程的课程视频会大量讲解一些原理性的内容，比如MCMM、UPF的一些基本概念和环境配置、时钟树的基本理论和该项目的时钟树结构的设计方法、顶层模块的时序约束、POCV/SOCV时序报告解读等等，而上机实践的部分则需要自己动手跑脚本，发现bug并尝试解决，锻炼工程能力。此外，我觉得课程很贴心的一点是，上机实践的部分在关键步骤都准备了golden结果，如果当下bug不能立即解决可以先跳过，使用提供的golden先体验一下整个后端流程，回过头再来解决一些细节问题。跑完整个项目真的感觉收获满满，在理论和实践上都有很大提升，但是感觉依然有很多内容没有完全掌握，整个flow中的很多细节都没注意到，很多工具也只是马马虎虎跑了个脚本。

最后！我觉得这个课程最值的一点就是有专门的工程师全程答疑，工程师回消息特别快，解决方案也很细致，除了解决一些具体的bug之外，有时候还会讲解一些原理性的内容，分享一些工程经验等等，真的能学到很多除脚本之外的东西！非常推荐！

（另外: 我觉得12nm CPU TOP整体难度有点大，如果是新手的话建议先报景芯的soc后端实践课，再来尝试12nm CPU TOP的进阶课程）

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