INVS利用gatearray实现post-mask的function ECO

news2025/2/8 18:11:48

随着现代IC的设计发展，设计的规模和复杂度逐步增加，对于验证完备性的挑战越来越大，加之TO的时间压力，芯片设计通常会出现下列的场景：

对于重要的特性三，用户可以选择gatearray的cell高效的完成这一个任务。闲言少叙，ICer GO！

由于·硬件设计天然的特性，大部分芯片都会有reversion的计划，有时候也被称作engineering sample# （ES1，ES2，etc.）。产品的迭代效率通常都是reversion的重要因素，所以基于TO数据的bug高效修复（迭代快，成本可控）的要求就显得极为重要。

基于前端设计经验，在芯片里边规律性的撒一些spare cell，作为后续版本的bug修复使用，但是这种方法局限性比较大：

Spare cell的难以匹配设计修改的要求：
- 功能不全：对于bug，通常都具有未知性，很难做到有的放矢，spare cell的功能经常被bug fix人员诟病功能不完备
- 距离不合适：bug修复需求的物理位置和spare cell的位置相去甚远，
  - 绕线挑战大，可能会占用很多的metal 资源，导致postmask metal fix的mask费用很高，周期很长
  - 时序挑战：太远的距离，导致transiton/cap都有新的变化，甚至需要使用更多的器件实现setup/hold的修复，都是潜在的时序挑战
Spare cell对资源的浪费
- 放置资源：spare cell会切实的占用std-cell的某些区域，为保证分布性，spare cell通常位置较为固定，这个对于APR flow的数据优化会产生一定程度上的不利影响
- 绕线资源：spare cell的input 都需要tie connection（防止栅极浮空被击穿），这些tie connection也是对绕线资源的消耗。

所以，实际芯片的funciton bug ECO的时候，眼睁睁的看着分布式的spare cell，就是用不起来，只能干瞪眼。心里默念，要是当时在某某区域多撒点某某cell该多好啊。像极了学生时代拿到成绩的我们：要是考前把那个啥多看看，这部又能提高几分。永远的如果，永远的下一次，反反复复无穷尽啊！

为了缓解这种问题，现在的std-cell开发商，在提供标准的std-cell库的基础上，也会提供给用户用于post-mask的ECO 库，由于设计结构的原因，这个库通常被称为：std-cell gatearray 库。是一种类似乐高积木的拼接方式来完成std-cell的构建。

基于gatearray设计的ECO库，所有的cell的版图，都是使用基础单元搭建起来的（gate），然后通过更改metal的方式来实现不同的功能，这个·和传统的std-cell的设计思路是完全不同的。

只要是等宽的ECO cell，cell之间通常只有一层或两层metal不同，意即：只改动metal就可以实现功能变化。譬如下例：等宽度的ECO filler cell 和FILLER cell的GDS比对XOR：

可以看到：ECO filler cell和ECO function cell只有M1不相等（baselayer 是完全一样的），具体XOR区别见下图：

这样就可以通过嗲用芯片里边现有的ECO filler cell，基于用户需求，改变有限的metal层，从而实现任意功能的转化，

postmask的改版，最麻烦的当属功能修正，如果想更换一个cell的功能，通常要动到baselayer和metallayer。但是基于gatearray的ECO库，则可以有效规避baselayer的改动，从而可以高效的完成postmask function bug fix。

在使用ECO库之前，先看一下ECO cell和普通std-cell的版图区别

在原本的std-cell和ECO库中挑选相同功能/驱动力的cell

通过XOR，可以看到，这两个cell的画法是不太相同的

包括有源区，POLY区个connect去都不太一样（PS: cell boundary 是一样的）。基本可以判定，这样的cell就是不同设计需求的产物

从lib上看，两者的面积是一样的，这个case的时序也是基本类似的：

为了有效的利用ECO库，通常都会提供各种功能的器件，同时为了降低ECO库的设计难度，通常会弱化对驱动力不要求。以当前case为例，相较std-cell 库，ECO拥有了常规的与或非门，FF等，驱动力有所限制：

为了方便GA（gatearray）进行功能替换，ECO 库将所有的cell分成两类：

由于所有的cell的base-layer都是一样的，那么这里可以利用这个特性实现postmask的function metal fix方法。

INVS会使用满足ECO function cell宽度的ECO filler区域，完成这个替换

导出GDS，使用GDS XOR工具，确保bug fix后的GDS和原始GDS只有metal layer的差异

对于上述流程有以下几点需要注意：

设计人员需要使用ECO lib里的function cell进行bug fix
ecoPlace的动作比较关键，用户需要仔细查验这个动作的日志和数据库。步骤如下：
- 删除现有所有的ECO filler
- 将ECO function cell放置到相连接cell的附近
- 恢复之前ECO filler的位置，在改动的区域，对于ECO filler cell做出做适当调整