前兩期，我們分別對(duì)OTP和MTP，RAM和ROM進(jìn)行了比較。這一次，我們來(lái)談?wù)凪emory Compiler，以及通過(guò)它生成的Register file和SRAM。

什么是Memory Compiler ？

Memory Compiler，內(nèi)存編譯器。顧名思義，是用來(lái)生成不同容量memory的工具，輸入?yún)?shù)，我們就可以得到生成的文件。生成的文件包括：前端設(shè)計(jì)verilog模型、邏輯綜合的時(shí)序庫(kù)、后端需要的電路網(wǎng)表和LEF/GDS版圖文件、其他DFT驗(yàn)證相關(guān)的、datasheet手冊(cè)等等。

Memory Compiler由供應(yīng)商提供，往往是不通用的，界面也不盡相同。同一個(gè)廠商的不同工藝下，Memory Compiler不同。相同工藝，不同廠商，Memory Compiler也不同。內(nèi)存編譯器通常是供應(yīng)商的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，其功能是根據(jù)客戶(hù)的需求生成各種類(lèi)型的memory。

一般的Memory Compiler提供五個(gè)ram腳本（rf_sp,sram_sp,rf_tp,sram_dp,rom）。這意味著可以生成1 Port Register file、Single Port SRAM、2 Port Register file、Dual Port SRAM以及ROM。不同的廠商或許還擁有特殊工藝。

一般來(lái)說(shuō)，MC只生成常用的memory，特殊的往往需要定制或者組合。

考慮到面積和性能，又可以劃分為High Speed和High Density等等。

圖源知乎：SMIC 的Memory Compiler，由Artisan公司提供

Memory Compiler使用介紹

在使用Memory Compiler時(shí)，請(qǐng)務(wù)必確保你的RAM從頭到位的規(guī)格與設(shè)定都相同，否則會(huì)造成一些不可避免的錯(cuò)誤。

首先在RTL代碼階段，要用到RAM就要用到verilog代碼，此時(shí)不需要著急產(chǎn)生其他后階段的必要數(shù)據(jù)，因?yàn)镽TL代碼階段只需要行為級(jí)模型即可。

當(dāng)進(jìn)入門(mén)級(jí)代碼后，RAM compiler就要產(chǎn)生其他的相關(guān)數(shù)據(jù)了，同時(shí)要考慮RAM版圖的位置與方向。由于重大的設(shè)計(jì)不會(huì)一蹴而就，所以有兩個(gè)重點(diǎn)，第一個(gè)是每次使用RAM compiler時(shí)都一定要讓它產(chǎn)生特性設(shè)置文檔，避免忘記自己做過(guò)的設(shè)定。第二件事是對(duì)應(yīng)的文件名要定義好，否則RAM的方向不同但是又用到了相同的文件名，就會(huì)把原始數(shù)據(jù)覆蓋掉。

RTL階段

在RTL階段主要只是產(chǎn)生verilog行為級(jí)和設(shè)置文件。因?yàn)樵赗TL階段不需要考慮RAM的位置信息。Memory Compiler提供多種選擇，在這個(gè)階段，選擇生成RF或是SRAM，以及確定端口數(shù)量。如果容量比較大的話(huà)，相同設(shè)置下，單端口比雙端口面積要小，速度也要快，功耗要低。

綜合與布局布線(xiàn)階段

為了避免重新啟用Memory Compiler與以前設(shè)置有出入，所以最好一次性將Memory Compiler能夠產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)一并輸出。在這里，Memory Compiler還需要產(chǎn)生3種數(shù)據(jù)。

.LIB 該數(shù)據(jù)是RAM的時(shí)序信息文件

.VCLEF 布局布線(xiàn)工具需要使用的物理信息文件

.SPEC RAM的注釋文件

在布局布線(xiàn)前，需要考慮RAM的長(zhǎng)與寬，估計(jì)它的位置與方向，盡量讓功能想關(guān)的模塊靠近一些。

將產(chǎn)生的.LIB文件轉(zhuǎn)換成.DB文件，就可以把Memory Compiler生成的RAM加入到代碼中進(jìn)行綜合了。在綜合工具的腳本中的serch_path下加入RAM的DB文件地址即可。

以上為Memory Compiler大致的使用流程，不同的工具在細(xì)節(jié)上或許有所區(qū)別，但大體流程如此。

蘇州騰芯微電子的Memory Compiler界面

接下來(lái)，我們來(lái)聊一聊，生成的memory——Register file和SRAM。

Register file與SRAM的比較

首先，厘清一下概念上的問(wèn)題，Register file和很多的registers不是同一個(gè)概念。我們?cè)?a href="http://www.brongaenegriffin.com/v/tag/1055/" target="_blank">IC設(shè)計(jì)里談到register時(shí)，常常是指D觸發(fā)器，而Register file是一種memory。

那么，同為Memory Compiler生成，RF和SRAM有什么區(qū)別呢？在比較中，不同規(guī)格相比較顯然不夠客觀，也不能讓我們更清晰地認(rèn)識(shí)到它們的差異。

在比較前，我們需要先把端口的概念搞清楚：

1 port，single port：?jiǎn)味丝?，讀寫(xiě)同端口，需要WE控制輸入輸出

2 port：雙端口，讀寫(xiě)分開(kāi)，輸入輸出端口固定，可以不用WE控制

dual port:同樣是雙端口，但讀寫(xiě)端口不固定，且都可讀可寫(xiě)

RF 的端口示意圖

SRAM 的端口示意圖

所以我們應(yīng)當(dāng)把1P RF和SP SRAM，2P RF和DP SRAM比較，才有意義。

1 Port Register file 和 Single Port SRAM

同為單端口，從外部端口看，難以區(qū)分1P RF和SP SRAM的區(qū)別，但是我們可以從以下幾個(gè)方面，來(lái)進(jìn)行區(qū)分。

首先我們以Memory Size：512*32的1P RF和SP SRAM為例。

此為1P RF

此為SP SRAM

從datasheet直觀上來(lái)看，SRAM比Register file多了OEN（輸出使能）。

除此之外，Register file和SRAM兩者相比，SRAM的最大容量比RF要大。相同配置下，RF的面積更大，功耗更低。

在mem比較小的情況下用RF劃算，并且同樣的mem，RF的長(zhǎng)寬比會(huì)更小，方便后端floorplan。大容量的時(shí)候，SRAM的速度是有優(yōu)勢(shì)的。并且SRAM速度快，面積小。同樣大小的RF，面積就很大了，速度也慢下來(lái)了。

所以簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，小容量選RF，大容量選SRAM。

2P Register file 和 Dual Port SRAM

比起1P RF與SP SRAM的比較，2P RF與DP SRAM的差異較為直觀。

2P RF有一個(gè)輸入數(shù)據(jù)總線(xiàn)，一個(gè)輸出的數(shù)據(jù)總線(xiàn)。DP SRAM有兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入總線(xiàn)，兩個(gè)數(shù)據(jù)輸出總線(xiàn)。

換句話(huà)說(shuō)，2P RF是一組信號(hào)，讀寫(xiě)端口固定；而DP SRAM則有兩組信號(hào)，讀寫(xiě)不分開(kāi)。

且兩組信號(hào)，每組都有自己的地址，輸入數(shù)據(jù)總線(xiàn)，輸出數(shù)據(jù)總線(xiàn)，時(shí)鐘，讀/寫(xiě)控制。這兩組可以分別往存儲(chǔ)單元寫(xiě)，或從存儲(chǔ)單元讀出。讀可以一直讀，寫(xiě)時(shí)數(shù)據(jù)可能存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)更新，數(shù)據(jù)也可能輸出端口。

DP SRAM就好像2個(gè)SP SRAM共用存儲(chǔ)單元。

具體的應(yīng)用，需要結(jié)合設(shè)計(jì)人員和項(xiàng)目自身的需求來(lái)選用。小容量，地址少的用RF。有兩個(gè)外設(shè)要同時(shí)讀寫(xiě)SRAM的，就要用DP SRAM。涉及到具體的選取，則需要由設(shè)計(jì)人員自己做判斷了。

以下為讀寫(xiě)時(shí)序圖：

圖源：數(shù)字IC自修室

審核編輯 ：李倩