一文浅析IC设计的高扇出的危害、RAM相关知识

IC前后端：高扇出的危害

1、什么是高扇出？

高扇出指的是一个逻辑单元驱动的逻辑单元过多。常见于寄存器驱动过多的组合逻辑单元。至于驱动多少逻辑单元算过多，需要根据工艺，后端实现情况以及芯片本身类型来决定。

一般来说如果驱动逻辑大于10K以上，算是比较多的了。

2、高扇出有哪些危害？

危害1：驱动能力下降，时序紧张

扇出过高也就是也就意味了负载电容过大，电路原理基础告诉咱们，负载电容越大，充放电速度越慢，电平跳变所需要的时间增加，即驱动能力下降，时序更加紧张。面对高扇出的情况，后端工具通常会通过插入buffer增加驱动能力，然后插入buff又会增加延时，造成时序紧张。

危害2：不利于布局布线，会增加走线延时

高扇出的情况通常意味着负载end_point分布在block的各个位置。而驱动的start_point需要放置在相对应的中心位置，这就意味到start_point到end_points的走线延时较大，一旦时序紧张，后端工具需要花费很多时间去优化，玩玩结果还不理想。

如下图所示：黑色点为end_point

A图所示,扇出高并且end_point很分散，在高扇出情况中很常见，后端工具实现花费时间长，并且很难优化，走线延时比较大，时序比较紧张。

B图所示：扇出不高但是end_point很分散，后端工具实现花费时间教长，优化有难度，走线延时比较大，时序比较紧张。

C图所示, 扇出不高并且end_point集中，是理想情况，后端工具实现简单，走线延时比较小。

IC设计RAM相关：RAM读写冲突返回值

1、RAM读写冲突返回值

在使用底层RAM IP的时候，以1R1W的ram为例，我们需要考虑 某个地址同时发生读写操作的时候（俗称读写冲突），RAM IP输出的data_out是什么值，不同的厂家IP会不一样，同一个厂家的不同ram也有可能不一样。例如：发生读写冲突时，有些ram会输出老值，有些ram会输出新值，有些ram输出不确定的值

2、从设计角度考虑RAM读写冲突返回值

从严谨的设计角度看，应该从方案设计角度避免此问题。在verilog实现中，ram就不允许发生同时读写同一个地址的情况，采用外部逻辑进行读写冲突保护。原因如下：

不同ram IP在读写冲突时，读写冲突返回值不一样，容易出错。

不同项目使用的工艺不一样，从而导致ram ip读写冲突返回值不一致，不利于代码复用。

IC设计RAM相关：ECC校验原理基础

1、ECC校验基础

Ram的ECC校验通常基于海明码编码原理实现，使用海明码编码需要额外的bit位存储校验位，ECC校验仅能纠正1bit的，无法纠正2bit以及以上数据错误，能发现部分多bit位错误的情况。

2、RAM ECC校验实现原理

如图所示为1r1w的ram为例，cfg_32x119_ram_wrapper为verilog代码直接调用层次的ram_wrapper，表示了一个深度为32，数据位宽为119bit的ram。ram_asic.v为真实的ram IP。其中119bit的数据位宽紧张ECC计算需要7bit的校验位，因此物理IP最少需要126bit的ram IP。通常memory产生工具会更具时钟频率，深度位宽等因素对ram进行切分，因此本例中，使用了2个32x64的ram ip。

在data_in写入ram_asic模块之前，会经过ecc_gen模块，产生7bit的ecc校验位，随着数据一同写入ram_asic，其中data_in[63:0]写入第一个ram_asic，{2’b0,ecc_in[6:0]，data_in[118:64]}写入第二个ram_asic。从ram_asic读出的数据会经过ecc_out模块经过ecc校验，输出校验后的data_out[118:0]和2bit的ecc_err_out告警。

编辑：黄飞