ir-drop

谈到数字IC后端实现中IR drop，大家都知道，它是指电压降。IR Drop的分析包含静态IR Drop和动态IR Drop分析。IR Drop的分析在当今的芯片设计实现中越来越重要。因为现在很多芯片回来测试后发现频率跑不上去，甚至芯片无法正常工作。实践数据表明，这些现象很多都是和IR Drop太大有着直接的关系。

今天吾爱IC社区的小编将做一个关于“数字IC后端实现中如何预防IR Drop过大”的专题分享。

静态IR Drop分析是基于平均电流来做分析的，而动态IR Drop分析则是基于最worst情况的最大switch 电流做分析的。在实际项目中，一般跑动态IR Drop会跑两种类型：

Vectorless ir drop analysis

Vectorless模式的ir drop分析不需要读入VCD文件，即不需要仿真模型，不考虑测试pattern。所以这个模式特别适用于前期的动态IR drop分析。

VCD based ir drop analysis

而基于VCD的动态ir drop分析则是需要前端工程师根据仿真模型提供测试pattern，比如基于max power pattern来产生一个VCD文件给数字后端工程师，从而利用VCD来做动态IR Drop分析。所以基于VCD的动态ir drop分析适合在项目后期来做，因为需要的东西比较多。而且基于这个模式的动态ir drop分析，其分析结果的准确性完全依赖于前端工程师提供的VCD文件。如果VCD文件中所用的test case 只指定了某些模块在翻转，那么可能会导致分析结果过于乐观，甚至是错误的结果。

在之前推荐的文章中写到，在项目后期如何通过ECO的方式来改善IR Drop，大家可以前往查阅。通过ECO的方式来补救IR Drop的方法毕竟有限，而且可能会影响timing和绕线。所以，我们希望在数字后端实现过程的前期就能够通过一些办法来预防ir drop过大的现象。下面吾爱IC社区小编简单做一个汇总。

预防IR Drop的方法

1.加密MTCMOS

对于做power domain的设计，由于要加power switch cell，而switch cell本身的电阻比较大，直接会导致global VDD经过power switch cell后就可能要掉了3%左右的电。因此，我们在项目前期评估时就要加入足够多的MTCMOS。

2.给clock cell预留space

由于clock tree上的cell翻转率比较高，所以我们可以通过对clock cell进行space预留（cell pading），以及在clock cell四周包一圈decap cell的方法来改善IR drop isssue。下图为对四个模块分别采取不同的方式进行cell pading的IR drop结果（图中纵向坐标为IR Drop有问题的cell数量）。

对clock cell进行cell pading可以通过如下命令实现：

create_keepout_margin

set_clock_cell

3.对high activity的bus进行拆分

对于high activity的总线，如果按照下图所示，对long net进行等间距插入buffer，则很有可能会出现ir drop的问题。

而如果我们对high activity bus进行处理，处理结果如下图所示，即每路net都是错开的。那么这样就大大降低了IR drop的风险。

想要实现这个目的，我们可以用ICC/ICC2中一个非常好用的命令：

Add_buffer_on_route  这个命令可以通过指定first_distance，repeater_distance以及repeater_ratio等选项来实现长线的切分。这个命令在修复max transition有着广泛的应用，小编几乎每个项目都要用到这个命令。

4.时钟错位法

对于design中可能同时翻转的memory，我们通过认为引入特定的clock skew，使得它们的时钟不会同时翻转，错开一小段时间，从而避免出现peak电流，改善IR Drop。

5.对高翻转模块预先插decap

对于设计中高翻转的模块，我们可以通过在这个module要摆放的区域伪随机插入decap cell来改善ir drop。实验数据表明，通过这个方法可以把IR drop改善1.5%。

6.对高翻转模块的寄存器进行Spread cell

对于数字IC后端设计中的高频模块，一般会存在一个翻转率特别高的模块。而这种地方动态IR Drop往往特别大，而芯片中的其他地方ir drop值比这个地方小很多。如果不把这种地方的ir drop修复掉（ir drop瓶颈），可能直接影响到整个chip的性能。

具体做法：

把该区域的cell进行摊开处理

该区域的寄存器尽量不要放在同一条row上

好了，今天的分享就到这里。如果你觉得小编的文章内容还不错，请帮忙分享转发，谢谢！

小编知识星球简介：

在这里，目前已经规划并正着手做的事情：

ICC/ICC2 lab的编写
基于ARM CPU的后端实现流程
利用ICC中CCD（Concurrent Clock Data）实现高性能模块的设计实现
基于ARM 四核CPU  数字后端Hierarchical Flow 实现教程
时钟树结构分析
低功耗设计实现
定期在星球布置作业题（星球已经支持布置作业功能）

在这里，各位可以就公众号推文的内容或者实际项目中遇到的难题提问，小编会在24小时内给予解答（也可以发表你对数字后端设计实现中某个知识点的看法，项目中遇到的难点，困惑或者职业发展规划等）。

反正它是一个缩减版的论坛，增强了大家的互动性。更为重要的是，微信有知识星球的小程序入口。星球二维码如下，可以扫描或者长按识别二维码进入。目前已经有六十九位星球成员，感谢这位童鞋的支持！欢迎各位铁杆粉丝加入！终极目标是打造实现本知识星球全员年薪百万的宏伟目标。（星球的门槛将会越来越高，有需求的朋友趁早上车）