IC前后端：高扇出的危害

1、什么是高扇出？

高扇出指的是一個邏輯單元驅(qū)動的邏輯單元過多。常見于寄存器驅(qū)動過多的組合邏輯單元。至于驅(qū)動多少邏輯單元算過多，需要根據(jù)工藝，后端實現(xiàn)情況以及芯片本身類型來決定。

一般來說如果驅(qū)動邏輯大于10K以上，算是比較多的了。

2、高扇出有哪些危害？

危害1：驅(qū)動能力下降，時序緊張

扇出過高也就是也就意味了負載電容過大，電路原理基礎(chǔ)告訴咱們，負載電容越大，充放電速度越慢，電平跳變所需要的時間增加，即驅(qū)動能力下降，時序更加緊張。面對高扇出的情況，后端工具通常會通過插入buffer增加驅(qū)動能力，然后插入buff又會增加延時，造成時序緊張。

危害2：不利于布局布線，會增加走線延時

高扇出的情況通常意味著負載end_point分布在block的各個位置。而驅(qū)動的start_point需要放置在相對應(yīng)的中心位置，這就意味到start_point到end_points的走線延時較大，一旦時序緊張，后端工具需要花費很多時間去優(yōu)化，玩玩結(jié)果還不理想。

如下圖所示：黑色點為end_point

A圖所示,扇出高并且end_point很分散，在高扇出情況中很常見，后端工具實現(xiàn)花費時間長，并且很難優(yōu)化，走線延時比較大，時序比較緊張。

B圖所示：扇出不高但是end_point很分散，后端工具實現(xiàn)花費時間教長，優(yōu)化有難度，走線延時比較大，時序比較緊張。

C圖所示, 扇出不高并且end_point集中，是理想情況，后端工具實現(xiàn)簡單，走線延時比較小。

IC設(shè)計RAM相關(guān)：RAM讀寫沖突返回值

1、RAM讀寫沖突返回值

在使用底層RAM IP的時候，以1R1W的ram為例，我們需要考慮 某個地址同時發(fā)生讀寫操作的時候（俗稱讀寫沖突），RAM IP輸出的data_out是什么值，不同的廠家IP會不一樣，同一個廠家的不同ram也有可能不一樣。例如：發(fā)生讀寫沖突時，有些ram會輸出老值，有些ram會輸出新值，有些ram輸出不確定的值

2、從設(shè)計角度考慮RAM讀寫沖突返回值

從嚴謹?shù)脑O(shè)計角度看，應(yīng)該從方案設(shè)計角度避免此問題。在verilog實現(xiàn)中，ram就不允許發(fā)生同時讀寫同一個地址的情況，采用外部邏輯進行讀寫沖突保護。原因如下：

不同ram IP在讀寫沖突時，讀寫沖突返回值不一樣，容易出錯。

不同項目使用的工藝不一樣，從而導(dǎo)致ram ip讀寫沖突返回值不一致，不利于代碼復(fù)用。

IC設(shè)計RAM相關(guān)：ECC校驗原理基礎(chǔ)

1、ECC校驗基礎(chǔ)

Ram的ECC校驗通常基于海明碼編碼原理實現(xiàn)，使用海明碼編碼需要額外的bit位存儲校驗位，ECC校驗僅能糾正1bit的，無法糾正2bit以及以上數(shù)據(jù)錯誤，能發(fā)現(xiàn)部分多bit位錯誤的情況。

2、RAM ECC校驗實現(xiàn)原理

如圖所示為1r1w的ram為例，cfg_32x119_ram_wrapper為verilog代碼直接調(diào)用層次的ram_wrapper，表示了一個深度為32，數(shù)據(jù)位寬為119bit的ram。ram_asic.v為真實的ram IP。其中119bit的數(shù)據(jù)位寬緊張ECC計算需要7bit的校驗位，因此物理IP最少需要126bit的ram IP。通常memory產(chǎn)生工具會更具時鐘頻率，深度位寬等因素對ram進行切分，因此本例中，使用了2個32x64的ram ip。

在data_in寫入ram_asic模塊之前，會經(jīng)過ecc_gen模塊，產(chǎn)生7bit的ecc校驗位，隨著數(shù)據(jù)一同寫入ram_asic，其中data_in[63:0]寫入第一個ram_asic，{2’b0,ecc_in[6:0]，data_in[118:64]}寫入第二個ram_asic。從ram_asic讀出的數(shù)據(jù)會經(jīng)過ecc_out模塊經(jīng)過ecc校驗，輸出校驗后的data_out[118:0]和2bit的ecc_err_out告警。

編輯：黃飛

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