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这是集成电路物理设计的第二个系列【standard cell】的第五篇文章,本篇文章主要讲解Spare Cell & GCELL相关知识:
1,什么是spare cell?
spare cell是palacement完成后(或者之前)插入的冗余逻辑单元。当postMask ECO发生时,修改逻辑单元是通过使用spare cell实现的,这种方法不需要修改bask layer,只需要修改metal layer就可以实现逻辑关系修改。
spare cell一般会包含基本的standar cell如: inverter, buffer, nand, nor, and, or, xor, mux, FF等等。
spare cell在不使用的情况下,没有任何逻辑功能,类似于Filler。
spare cell的input pin需要通过tie cell连接到VDD或者VSS,输出pin悬空。当需要修改逻辑时,断开input pin的连接,然后重新进行eco的连接。
2,为什么需要insert spare cell?
如果在芯片制造完成后发现有功能上的错误需要修改时,或者在下次制造时需要提升某些性能时,可以通过spare cell实现功能上的修改,这可以节省设计时间和流片成本。
spare cell通过修改最小的mask 层数实现功能的修改或者提升,这不需要修改base layer就可以实现。通过Metal ECO可以节省时间和成本。
3,如何insert spare cell:
一:PnR tool command
FC/ICC2 cmd:
Innovus cmd:
定义一个spareCell的module,然后加入想使用的spare cells。将spare cell的input pins连接VDD/GND,实例化这个module。
4,spare cell的inputs pins可以不连接或者悬空吗?
当spare cell的input pin floating时,其电压是不确定的,可能是0也可能是1,如果是0或者1,在CMOS电路中至少有一个晶体管是关闭状态,这基本是没有功耗的。当输入是floating时,会有很多因素(如noise)影响输入的电压值,这会造成额外的toggle,产生多余的功耗。
另一方面,输入的不确定性有可能会使得输入电压位于nMOS和pMOS开启电压之间,这种亚稳态是非常危险的,这会形成一条从VDD到VSS的导通路径,持续产生短路功耗。
5,可以将所有的filler替换为spare cell吗?
spare cell存在静态功耗,filler cell不存在静态功耗。
spare cell的种类和大小有限,filler cell的大小种类丰富。
6,spare cell的优点和缺点?
优点:
可重复利用性:只需要修改metal和via masks,不需要修改base layer。
灵活性:很小的修改就可以实现逻辑功能修改。
成本低/时间短:只需要修改几层mask,这大大节约了设计的成本和时间。
缺点:
leakage power:spare cell内部的cell存在leakage power。
area: spare cell会占用多余的芯片面积。
7,什么是GCell?
GCell是一种ECO Cell,当需要进行func ECO时,不需要改变base layer mask,只需要进行metal ECO就可以实现。
在加入filler阶段,需要加入GDCAP,在func ECO阶段,使用Gcell替换GDCAP cell,通过metal ECO方式实现func ECO。
ECO Cell的命名规则参考:Standard Cell 介绍——Cell命名规则与特性
GDCAP Cell相关介绍参考:Physical Cell 介绍——DCAP Cell
8,GDCAP & GDBUFD1 & BUFD1的layout & schematic 比较
GDCAP 和GCELL的base layer完全一样
GDCAP和GCELL的metal layer不一样
9,spare cell和GCELL的区别
spare cell是预先放置的function cell,内部功能cell丰富,占用的面积较大,对fp的面积利用率有影响。
GCELL是发生ECO时替换GDCAP的cell,需要哪种GCELL就替换哪种CELL。
10,参考文献
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