芯片設計,某種程度上越來越同質化。設計軟件,無非是那兩三家EDA公司,工藝,無非那幾個晶圓廠。IP,例如cpu,主要是ARM core。用到的庫,也基本上都是由晶圓廠推薦或者提供。如果是拼算法,拼生態,我們的競爭力和美西方還有一定的差距。目前來看,很多國內設計公司的發力點在于,如何讓已經成熟的芯片,變得功耗更低,面積更小,或者性能更好。
盡管國產替代是趨勢,芯片采購方也足夠的動力來使用國產芯片,而如果業者能夠為客戶提供相較于美西方同類產品更優秀的指標的芯片,那么這種替代過程,將會更加順暢,更能體現出雙贏的精神。
用戶經過替代,讓自己的產品變得更有競爭力。而芯片設計公司,也由于客戶提供的機會以及更多的銷售額,賺到了進行下一代產品開發的資金。
那么,如何能讓自己的芯片變得更有競爭力呢?這里介紹的一個思路就是標準單元定制。
由于標準單元庫多由晶圓廠提供,多數公司基本上都是用晶圓廠提供的庫。庫的同質化,導致了性能上如果想趕超競爭對手變得非常困難。
這方面體現最為極致的就是比特幣芯片。這種芯片算法極其簡單并且完全限定,因此,這是個極端內卷領域。各個公司使出了渾身解數,就是為了能在PPA上趕超對手。于是,人們很早就開始了標準單元庫定制。其寄存器甚至使用了所謂的動態寄存器,也就是通過單元內的寄生電容來保存數據。由于時鐘不停跳動,寄生電容會被不斷充電,因此數據并不會丟失。而面積,速度,功耗相對于普通寄存器有了根本性的提升。以至于后來者如果不采用動態寄存器的設置,將無法參與競爭。
雖然比特幣芯片并不是一個有代表性的行業,不過我想說的是,在一些情況下,通過單元庫定制是可以產生顛覆性的效果。即使對于普通的芯片,如果能根據芯片本身的特點進行一定的優化,也能取得顯而易見的效果。
這里拋磚引玉,給大家一些進行單元庫定制方面的思路。
如果芯片中用到了大量最小尺寸的標準單元,則需要考慮,是否需要定制一些更小的cell,以便于節省面積和功耗。因為這些最小尺寸的標準單元,有很大的可能性,可以用更小尺寸的標準單元來替代。
如果芯片中用到了很多大尺寸的標準單元,則需要考慮,是否需要定制一些更大尺寸的標準單元。雖然從單個單元來看,功耗提高了,但是從全局來看則未必,因為cell的使用量少了。
時鐘樹的latency如果比較長,則需要想到定制大尺寸時鐘單元。這樣可以減小時鐘樹上的latency,skew,進而減小時鐘樹上的變動(variation),而這個影響是全局性的。最終可能導致性能以及整體功耗的減小。如果是高性能芯片,則更需要考慮時鐘單元定制,甚至考慮H tree,增強時鐘樹在不同corner之間的一致性。對于很多高性能芯片,這個是必須的,但是并不代表,性能要求不高的芯片不需要定制。
如果庫中的標準單元驅動能力間隔太大,則需要考慮增加中間值。比如,如果庫中只提供了D6 D12,則可以考慮增加D8 D10。標準單元驅動能力越精細,工具優化也就越完美。
是否可以針對于特殊設計,定制一些特殊功能的單元?這里不建議單元過于復雜,因為過于復雜的單元,需要考慮工具是否支持。
如果庫中不提供Multibit寄存器,那么可以考慮定制。Multibit主要能夠節省clock上的功耗。
在芯片的應用中,可以選擇更加適合的電壓。而晶圓廠提供的單元庫的電壓種類是有限的,有時候未必是最優。重新定制更接近實際應用的電壓,可以取得更好的性價比。這也需要重新進行k庫。通常,晶圓廠不會為一般的客戶進行這種服務。
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