Innovus流程（3）-CTS

jiuwei

place完成后，如果timing没有太大的violation就可以进行CTS了。CTS主要作用是将clock root连接到所有的sinks端（时序器件的CK pin、macro的CK pin），满足DRC要求并尽量保证clock insertion delay一样长。一个好的时钟树会使得后面的timing优化很容易，不好的时钟树可能会引起大量的hold violation问题。下面就说说跑CTS之前需要准备的一些工作。

1.DRC约束
max_transition、max_cap、max_fanout、max_length、skew、latency这些指标

1. set_ccopt_property target_skew $skew_value
   
2. set_ccopt_property target_insertion_delay $delay_value
   
3. set_ccopt_property max_fanout $max_fanout
   
4. set_ccopt_property target_max_capacitance $max_cap
   
5. set_ccopt_property target_max_trans $max_tran

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2.开启useful skew

1. setOptMode -usefulSkew true
   
2. setOptMode -usefulSkewCCOpt standard
   
3. setUsefulSkewMode -maxAllowedDelay 0.05

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3.设置clock cell
设置时钟树用哪些cell（inv、buf、ICG等），以及是否只用INV不用BUF长时钟树

1. set_ccopt_property buffer_cells [list CKBD8BWP6T16P96CPDULVT CKBD10BWP6T16P96CPDULVT CKBD12BWP6T16P96CPDULVT   ]
   
2. set_ccopt_property inverter_cells [list CKND8BWP6T16P96CPDULVT CKND10BWP6T16P96CPDULVT CKND12BWP6T16P96CPDULVT ]
   
3. set_ccopt_property clock_gating_cells [list CLKNQD2BWP6T16P96CPDULVT CLKNQD4BWP6T16P96CPDULVT CLKNQD6BWP6T16P96CPDULVT]
   
4. set_ccopt_property logic_cells [list */CK*]
   
5. set_ccopt_property use_inverters true
   
6. set_ccopt_property clustering_mix_inverters_and_buffers false

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4.设置root点
规定当fanout的数量超出设定值时，工具把该点当做clock root点，命令如下：

1. set_ccopt_property routing_top_min_fanout 2000

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5.创建ndr
clock net一般翻转率比较快，为了减小crosstalk对时钟树的影响，一般都会设置ndr。innovus将clock net分成了3种类型：top、trunk和leaf。top指的是clock root，leaf指的是和sinks点的前一级clock cell，trunk指的是介于top和leaf之间的clock cell。

1. add_ndr –name $ndr_name –width_multiplier {3:6 2} –spacing_multiplier {3:6 2} –generate_via
   
2. create_route_type –name TOP –top_preferred_layer M6 –bottom_preferred_layer M5 \
   
3. –preferred_routing_layer_effort medium –non_default_rule $ndr_name –shield_net VSS
   
4. create_route_type –name TRUNK –top_preferred_layer M6 –bottom_preferred_layer M5 \
   
5. –preferred_routing_layer_effort medium –non_default_rule $ndr_name
   
6. create_route_type –name LEAF –top_preferred_layer M6 –bottom_preferred_layer M3 \
   
7. –preferred_routing_layer_effort medium
   
8. set_ccopt_property route_type TOP –net_type top
   
9. set_ccopt_property route_type TRUNK –net_type trunk
   
10. set_ccopt_property route_type LEAF –net_type leaf

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上面是创建ndr的脚本：clock tree采用M3-M6绕线，2倍宽度，2倍间距。为了避免DRC问题，leaf cell不使用ndr规则。

6.inter-clock做balance
innovus根据sdc中的时钟定义来生成对应的skew group。每个skew group各自长时钟树。同一个skew group中所有的sink点做balance，不同skew group中的sink点不做balance。所以不同skew group的tree不一样长，为了实现不同skew group的tree一样长，命令如下：

1. create_ccopt_skew_group –name clk1 –source clk1 –auto_sinks
   
2. create_ccopt_skew_group –name clk2 –source clk2 –auto_sinks
   
3. create_ccopt_skew_group –name clk3 –balance_skew_groups {clk1 clk2} –target_skew 10

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7.clock tree中sink type的设置
可以将某些sink点设置成exclude pin，时钟树balance时不考虑该pin。也可以将某些sink点设置成floating pin，使其时钟树变长或者变短，来满足timing要求。

1. set_ccopt_property sink_type exclude–pin $pin_name
   
2. set_ccopt_property sink_type ignore–pin $pin_name
   
3. set_ccopt_property sink_type through–pin $pin_name
   
4. set_ccopt_property sink_type stop–pin $pin_name
   
5. #设置floating pin
   
6. set_ccopt_property insertion_delay –pin $pin2_name 0.03(时钟树变短)
   
7. set_ccopt_property insertion_delay –pin $pin3_name -0.03(时钟树变长)

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类型	是否需要balance	是否需要修复DRV
stop pin	是	是
through(non-stop) pin	否	是
ignore pin	否	是
exclude pin	否	否
floating pin	是	是

使用下面的命令报出exclude pin、stop pin和ignore pin：

1. report_ccopt_clock_trees -list_special_pin

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8.将clock tree上小尺寸的cell换成正常尺寸
将时钟树上已存在的clock cell抓出来，如果尺寸小于X6则替换成X6的cell。如果lib中没有X6尺寸的cell，则替换成X4的，没有X4则替换成X3的，没有X3则替换成X2的。

1. set clocks [get_clocks clk]
   
2. set sources [get_attribute $clock sources]
   
3. set pins [add_to_collection "" ""]
   
4. set pins [add_to_collection -uniq $pins $sources]
   
5. foreach_in_collection pin $pins {
   
6. set cell [get_cells -q -of_object $pin]
   
7. set cell_name [get_attribtue $cell full_name]
   
8. set ref_name [get_attribtue $cell ref_name]
   
9. regsub -all "BWP6T.*" $ref_name "" ref_dnum
   
10. set tmp_ref_dnum $ref_dnum
    
11. regsub -all .*D $tmp_ref_dnum  "" ref_dnum
    
12. set dnum 6
    
13. #如尺寸小于6则替换成6
    
14. if {$dnum > $ref_dnum} {
    
15.   regsub -all "D.*BWP6T" $ref_name "D${dnum}BWP6T" new_ref_name
    
16. }
    
17. #如果lib中没有X6尺寸的cell，则替换成X4尺寸的cell
    
18. set lib_cell [get_lib_cells -q */${new_ref_name}]
    
19. if {![sizeof_collection $lib_cell]} {
    
20.    set dnum 4
    
21.   regsub -all "D.*BWP6T" $ref_name "D${dnum}BWP6T" new_ref_name
    
22. }
    
23. #如果lib中没有X4尺寸的cell，则替换成X3尺寸的cell
    
24. set lib_cell [get_lib_cells -q */${new_ref_name}]
    
25. if {![sizeof_collection $lib_cell]} {
    
26.    set dnum 3
    
27.   regsub -all "D.*BWP6T" $ref_name "D${dnum}BWP6T" new_ref_name
    
28. }
    
29. #如果lib中没有X3尺寸的cell，则替换成X2尺寸的cell
    
30. set lib_cell [get_lib_cells -q */${new_ref_name}]
    
31. if {![sizeof_collection $lib_cell]} {
    
32.    set dnum 2
    
33.   regsub -all "D.*BWP6T" $ref_name "D${dnum}BWP6T" new_ref_name
    
34. }
    
35. setEcoMode -refinePlace flase
    
36. setEcoMode -honorDontUse false
    
37. setEcoMode -honorDontTouch false
    
38. setEcoMode  -honorFixedStatus false
    
39. ecoChangeCell -cell $new_ref_name -inst $cell_name
    
40. }
    
41. setEcoMode -reset

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9.运行ccopt_design
执行ccopt_design后，innovus会长好时钟树并进行timing的优化。如果想做一个快速的CTS，即只做clustering这一步，不做balancing、clock nets routing和post-conditioning。命令如下：

1. set_ccopt_property –balance_mode cluster
   
2. ccopt_design -cts

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10.报出所有skew group中最长和最短的clock path

1. report_ccopt_skew_groups -summary
   

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从上图可以看出时钟树的skew，以及最长的path和最短的path。

11.启动clock tree debugger
执行下面的命令会自动打开CTD界面，查看clock tree的结果是否有异常。

1. ctd_win

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也可以在layout中高亮出最长的路径：

1. ctd_trace –from [lindex [get_ccopt_skew_group_path –skew_group <skew_group_name> -longest] 0] –to [lindex [get_ccopt_skew_group_path –skew_group <skew_group_name> -longest] end] –color red

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12.查看log是否有异常
Innovus在执行CTS时会产生Clock DAG关键词，搜索这个关键词可以看到各个步骤完成后的结果。首先是cluster，发现昨晚cluster时，时钟树的insertion delay为278ps，skew为97ps。


之后会做power和DRV（transition、insertion delay、skew）的优化，做完后发现insertion delay为284ps，skew为51ps。可以发现，insertion delay没有太大变化，skew变小了，说明这个步骤没有异常。


最后会做clock tree routing，做完发现insertion delay变成了293ps，skew变成了44ps，说明clock tree的routing没有问题。


实际上CTS的步骤有很多，上面只是列举了一些常见步骤。可以查看每一步完成后的insertion delay和skew，判断该步骤是否有问题。比如，做完cluster之后insertion delay比较合理，但是在做完balance后insertion delay突然变得很大。这可能是有一些很长的sink端，为了满足skew，导致clock tree被拉长。又比如，clock tree在做完routing后变得很差，可能是绕线资源不足，也可能是ndr设置的不合理等等。

2.CTO
CTS跑完之后执行CTO来优化timing，包括setup和hold。核心命令如下所示。不过在此之前，还需要一些设置

1. optDesign -postCTS -setup -hold

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1.允许恶化setup的TNS来修复hold

1. setOptMode -fixHoldAllowedSetupTnsDegrade true

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2.更新clock latency

1. set_interactive_constraint_mode [all_constraint_modes -active]
   
2. reset_clock_latency *
   
3. reset_propagated_clock *
   
4. update_io_latency
   
5. set_propagated_clock [all_clocks]
   
6. set_interactive_constraint_mode [list]

复制代码

3.修复hold前的common setup设置

1. setOptMode -fixHoldAllowOverlap auto -fixHoldAllowResizing true \
   
2.            -fixHoldOnExcludedClockNets false -holdFixingCells [BUFFD2BWP6T16P96CPDLUVT BUFFD1BWP6T16P96CPDLUVT] \
   
3.            -holdTargetSlack 0 -ignorePathGroupsForHold [list in2reg reg2out feedthr] \
   
4.            -reclaimArea default -setupTargetSlack 0.04 \
   
5.            -postRouteAreaReclaim holdAndSetupAware

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上面的一些设置主要包括：用哪些类型的stdcell修复hold、哪些path group不参与hold的修复、允许size cell、不修复exclude pin、hold的目标是0ns、只对setup大于0.04ns的path修复hold等。

4.设置完成后，执行下面的命令修复timing

1. optDesign -postCTS -setup -hold -prefix POSTCTS_HOLD

复制代码

至此，CTS的主要步骤已完成，下面就是Route了。

populaa

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