redhawk流程

jiuwei

1.IR drop概念
IR drop指电路中出现电压升高或者下降的现象。根据电阻分压的原理可知，一条又长又细的金属线两端的电压是不一样的。在先进工艺下，金属线的宽度越来越细，导致电阻值也越来越高，IR drop问题也越来越明显。目前，业界主流的IR drop分析工具是redhawk。正好前段时间做了一个项目，用redhawk跑了一个block的IR drop，记录一下主要流程。

2.IR drop分类
IR drop一般可以分为静态IR drop和动态IR drop。静态IR drop一般只考虑电源网络的电阻分压效应，不考虑内部cells的动态翻转。动态IR drop是电源在电路开关切换的时候电流波动引起的电压压降。一般来说，同一时刻，一个区域内越多的cells翻转，IR drop效应越明显。

3.redhawk的准备文件
跑redhawk之前，需要提前准备好文件，包括：def（ICC2吐出来的）、spef（starRC生成）、lef、lib、ploc文件（记录供电点位置信息）。其中lef需要包括stdcell、IP、memory等这些lef，还需要包括tech lef以及IR drop专用的lef。ploc文件一般是POWER PAD的位置，或者是block的顶层metal的位置，如下所示。其中，第一列是名称，第二列是x坐标，第三列是y左边，第四列是metal的层次，第五列是power net的名称。

对于静态IR drop而言，还需要timing文件，这个由pt产生，产生的脚本如下所示：

1. restore_session xx/xxx/xxx/session
   
2. set rc_slew_lower_threshold_pct_rise 20
   
3. set rc_slew_lower_threshold_pct_fall 20
   
4. set rc_slew_upper_threshold_pct_rise 20
   
5. set rc_slew_upper_threshold_pct_fall 20
   
6. source xxx/xxx/xxx/xxx/pt2timing.tcl
   
7. getSTA *

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对于动态IR drop而言，需要VCD文件，由前端设计人员提供，并给出窗口时间以及FRONT_PATH，如下所示：


4.运行redhawk
启动redhawk命令：redhawk -i ./run_static.tcl

其中run_static.tcl文件里面内容如下所示：

1. import gsr top.gsr
   
2. setup design
   
3. setup analysis_mode static
   
4. perform pwrcalc
   
5. perform extraction -power -ground
   
6. preform analysis -static
   
7. explore design
   
8. export db static.db

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重点是top.gsr文件里面的内容，上述用到的文件都定义在top.gsr里面。还定义了power nets、温度和翻转率，如下所示：

1. VDD_NETS {VDD 1.2
   
2. VDDQ 2.1}
   
3. GND_NETS {VSS 0}
   
4. TEMPERATURE 85
   
5. TOGGLE_RATE 0.1

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还定义了DECAP cell，如下所示：

1. DECAP_CELL {
   
2. FILLCAP4_A12TR40
   
3. FILLCAP8_A12TR40
   
4. FILLSGCAP16_A12TR40
   
5. FILLSGCAP32_A12TR40
   
6. FILLSGCAP64_A12TR40
   
7. FILLSGCAP128_A12TR40
   
8. }

复制代码

还定义了top的功耗或者内部模块的功耗，如下所示：

1. BLOCK_POWER_FOR_SCALING {
   
2. FULLCHIP ucon 0.0949
   
3. FULLCHIP ucon/xxx/xxx/xxx/xxx/MRAM_BANK_0_inst 0.0007277
   
4. }

复制代码

其中，ucon是最顶层的名字，MRAM_BANK_0_inst是其中一个MRAM的名字。

5.结果分析
跑完redhawk后可以先快速的看一下结果是否满足要求，一般静态IR drop要求在3%左右，动态IR drop要求在10%左右。可以打开adsRpt目录下面的redhawk.log文件查看worst IR drop，如下所示：


可以发现，静态IR drop和动态IR drop都满足要求。如果不满足要求，可以根据坐标位置或者instance name去ICC2中查看情况。是不是PG strap打的有问题，或者是cells太多太密了等等。

6.改善IR drop的方法
1.提升PG strap的密度，包括增加PG strap的宽度以及减小PG strap的间隙。但是会导致绕线资源的降低，需要合理使用。

2.添加DECAP cell。

3.将IR drop严重的区域内的cells往四周推开，降低cells density，从而降低一个区域内register同时翻转的概率。

LecterChen

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