Повышение быстродействия проекта

Оптимизация маршрута
топологического проектирования
микропроцессора КОМДИВ64-РИО
А.О. Власов, Б.Е. Евлампиев, П.Г. Кириченко,
А.А. Кочнов, А.А. Поминова
Научно Исследовательский институт
системных исследований РАН
Москва
2012
Содержание
•
•
•
•
•
•
•
Введение
Снижение времени оптимизации полного
проекта
Оптимизация на плане кристалла положения
схем отключения синхросигналов ядра
процессора
Большой разброс задержек в ветвях
синхросигналов
Топологическое исправление внутренних
критических путей
Оптимизация сетки питания
Заключение
НИИСИ РАН
2
Введение
•
•
Проведен подробный анализ проблем
топологического маршрута проектирования
СБИС Комдив64-РИО
Описаны решения, позволяющие
• Снизить время проектирования
• Повысить быстродействие проекта
• Снизить падение напряжения питания без
ухудшения качества дизайна
НИИСИ РАН
3
Снижение времени оптимизации
полного проекта
•
Оптимизация проекта после сборки его из
блоков = ~30% времени проектирования
Предварительное размещение
на верхнем уровне, разбиение
на блоки
Разработка блоков:
размещение, построение
дерева синхронизации
Двухпроходный
маршрут блочного
проектирования
компании Cadence
Разработка блоков:
размещение, построение
дерева синхронизации
Сборка верхнего уровня из
блоков, разбиение на блоки
Сборка верхнего уровня из
блоков, оптимизация,
разбиение на блоки
Разработка блоков: разводка
Разработка блоков: разводка,
оптимизация MMMC
Сборка верхнего уровня из
блоков, оптимизация MMMC
Предварительное размещение
на верхнем уровне, разбиение
на блоки
Сборка верхнего уровня из
блоков, разбиение на блоки
Трехпроходный
маршрут блочного
проектирования
Разработка блоков:
оптимизация MMMC
Сборка верхнего уровня из
блоков, проверка MMMC
НИИСИ РАН
4
Повышение быстродействия
проекта
Применялись следующие оптимизации:
1.Оптимизация на плане кристалла положения схем
отключения синхросигналов ядра процессора
2.Большой разброс задержек в ветвях
синхросигналов
3.Топологическое исправление внутренних
критических путей
НИИСИ РАН
5
Повышение быстродействия
проекта (оптимизация 1) 1/2
•
•
•
•
•
T – период синхросигнала
Tx – задержка дерева синхросигнала CLK
T_DFF1 – задержка переключения триггера DFF1
T_CG – задержка переключения элемента CG
S_CG – setup входа E элемента CG
НИИСИ РАН
6
Повышение быстродействия
проекта (оптимизация 1) 2/2
•
Для сокращения задержки управляемого
синхросигнала необходимо предпринять
следующие меры:
• минимизация количества и компактное
размещение тактируемых им элементов
• использование быстрых элементов для
формирования синхросигнала
• размещение блока CG в центре области,
занимаемой элементами
НИИСИ РАН
7
Повышение быстродействия
проекта (оптимизация 2) 1/2
•
•
Значительная потеря быстродействия из-за
увеличения разбежки синхросигнала
• Недостаток ресурсов трассировки
Построение дерева синхронизации:
• Ограничение по емкости нагрузки для
элементов дерева (C+) или без нее (C-).
• Предварительная трассировка (R+) или
одновременно со всеми сигналами (R-)
• Ограничением по плотности заполнения (D+)
или без (D-)
НИИСИ РАН
8
Повышение быстродействия
проекта (оптимизация 2) 2/2
•
•
Критерии сравнения разных вариантов
реализации дерева синхронизации
• Относительное увеличение периода (Т)
• Потребляемая мощность «деревом»
синхронизации
C-R-D+ - наиболее эффективный метод
повышения быстродействия
C
+
+
+
+
R
+
+
+
+
D
+
+
+
+
T, %
108
104
110
110
108
107
110
110
P, Вт
1,9
1,9
1,9
1,9
2,7
2,7
2,7
2,7
НИИСИ РАН
9
Повышение быстродействия
проекта (оптимизация 3) 1/2
•
Применяя локальный сдвиг синхросигнала,
удается достигнуть требуемого быстродействия
•
•
Возможна автоматизация подбора локальных
сдвигов для всего блока/проекта
При топологическом проектировании возникают
сдвиги связанные с путями распространения
синхросигнала
НИИСИ РАН
10
Повышение быстродействия
проекта (оптимизация 3) 2/2
•
Топологический разброс задержки синхросигнала
CLK SHIFT FF
CLK SHIFT CG
FF
E
N
A
B
L
E
GATED
CLK
CLOCK
GATE
CLK
LOGIC
FF
•
FF
Проблема решается компактным размещением
начальных и конечных элементов
НИИСИ РАН
11
Оптимизация сетки питания
•
•
•
Цель: снижение падения напряжения без
ухудшения трассировки сигнальных линий.
Оптимизация в два этапа
• Трассы питания и земли были расширены на
20% в двух верхних слоях металлов
• Оптимизация с помощью скрипта
Результаты:
Проект
Vdrop, В
Снижение
Vdrop %
Исходная СП
Равномерно расш.
на 20 %
Оптимизированная
СП
0,131
-
0,12
8,1
0,11
16
НИИСИ РАН
12
Структура сетки питания
•
Результат работы скрипта
До оптимизации
После оптимизации
НИИСИ РАН
13
Изменение падения напряжения
после оптимизации СП
Исходная СП
Оптимизированная СП
НИИСИ РАН
14
Заключение
•
•
•
•
Рассмотренные методы применены при
проектировании второй итерации Комдив64-РИО
Методы основаны на использовании САПР
автоматического размещения и трассировки
Повышение частоты проекта с 185 МГц до 285
МГц (typical)
Улучшения схемы синхронизации, сетки земли и
питания повысили быстродействие и
надежность работы
НИИСИ РАН
15