Power Delivery Network Analysis In DRAM Design

Julkaissut Platon

seuraajia: 0

IC-suunnittelijaurani alkoi DRAM-suunnittelusta jo vuonna 1978, joten olen seurannut tämän muistisuunnittelun alueen kehitystä huomioiden suunnittelun haasteet, prosessipäivitykset ja innovaatiot matkan varrella. Synopsys isännöi a muistitekniikan symposiumi marraskuussa 2022, ja minulla oli mahdollisuus katsoa SK hynixin insinöörien, Tae-Jun Leen ja Bong-Gil Kangin esittely. DRAM-sirut ovat saavuttaneet suuren kapasiteetin ja nopeat 9.6 gigabitin sekunnissa tiedonsiirtonopeudet, kuten viimeaikaiset LPDDDR5T ilmoitus 25. tammikuuta. Power Delivery Networkin (PDN) eheys voi rajoittaa tiedonsiirtonopeuksia, mutta täyden sirun DRAM-muistin analysointi PDN:n kanssa hidastaa simulointiaikoja liikaa.

Muistin huippukaistanleveys x64-kanavaa kohti on osoittanut tasaista kasvua useiden sukupolvien ajan:

DDR1, 3.2 Gt/s 2.5 V:n jännitteellä
DDR2, 6.4 Gt/s 1.8 V:n jännitteellä
DDR3, 12.8 Gt/s 1.5 V:n jännitteellä
DDR4, 25.6 Gt/s 1.2 V:n jännitteellä
DDR5, 51.2 Gt/s 1.1 V:n jännitteellä

Suuri haaste näiden aggressiivisten ajoitustavoitteiden saavuttamisessa on DRAM-ryhmän IC-asettelun aikana aiheutuvien loisten IR-pudotusongelmien hallitseminen, ja alla on IR-pudotuksen käyrä, jossa punainen väri on alue, jossa jännitehäviö on suurin, mikä puolestaan hidastaa muistin toimintaa.

IR drop plot min — DRAM-ryhmän IR-pudotuskuvaaja

IC:n poimitut loiset tallennetaan SPF-tiedostomuotoon, ja näiden PDN:n loisten lisääminen SPICE-verkkoluetteloon saa piirisimulaattorin hidastamaan kertoimella 64x, kun taas PDN:n lisäämien loisten RC-elementtien määrä kasvaa. 3.7 kertaa enemmän kuin vain signaaliparasiitteja.

SK hynixillä he keksivät pragmaattisen lähestymistavan lyhentääkseen simulaation ajoaikoja käytettäessä PrimeSim™ Pro piirisimulaattori SPF-verkkolistoilla, mukaan lukien PDN, käyttämällä kolmea tekniikkaa:

Verkkolistan osiointi tehon ja muiden signaalien välillä
RC-elementtien vähentäminen PDN:ssä
Simuloinnin tapahtumatoleranssin hallinta

PrimeSim Pro käyttää osiointia verkkolistan jakamiseen liitettävyyden perusteella, ja oletusarvoisesti PDN ja muut signaalit muodostaisivat erittäin suuria osioita, mikä puolestaan hidasti simulaatioita liikaa. Tältä suurin osio näytti simulaattorin oletusasetuksilla:

Suurin osio Ennen min — Suurin osio, oletusasetukset

Vaihtoehto PrimeSim Prossa (Primesim_pwrblock) käytettiin pienentämään suurimman osion kokoa ja erottamaan PDN muista signaaleista.

Suurin osio min — Suurin osio, jossa käytetään vaihtoehtoa: primesim_pwrblock

SPF-muodossa puretussa PDN:ssä oli liikaa RC-elementtejä, mikä hidasti piirisimuloinnin ajoaikoja, joten vaihtoehto ns. Primesim_postl_rcred Käytettiin vähentämään RC-verkkoa samalla kun säilytettiin tarkkuus. RC-vähennysvaihtoehto pystyi vähentämään RC-elementtien määrää jopa 73.9 %.

Piirisimulaattorit, kuten PrimSim Pro, käyttävät matriisimatematiikkaa verkkolistan osioiden virran ja jännitteiden ratkaisemiseen, joten ajoaika liittyy suoraan matriisin kokoon ja siihen, kuinka usein jännitteen muutos vaatii uudelleenlaskentaa. Simulaattori vaihtoehto Primesim_evtgrid_for_pdn on käytetty, ja se vähentää matriisin ratkaisemisen määrää aina, kun PDN:ssä on pieniä jännitteen muutoksia. Alla olevassa violetissa kaaviossa on X joka ajankohtana, jolloin matriisiratkaisua vaadittiin oletusarvoisesti PDN:ssä, ja valkoisina näytetään kolmiot jokaisessa ajankohtana, jolloin matriisiratkaisua käytetään simulaattorivaihtoehdon kanssa. Valkoiset kolmiot esiintyvät paljon harvemmin kuin violetit X:t, mikä mahdollistaa nopeammat simulointinopeudet.

Power Event Control min — Tehotapahtumien ohjaus käyttämällä vaihtoehtoa: primesim_evtgrid_for_pdn

Viimeinen FineSim Pro -simulaattorivaihtoehto, jota käytettiin ajoaikojen lyhentämiseen, oli Primesim_pdn_event_control=a:b, ja se toimii käyttämällä ihanteellista virtalähdettä a:b:lle, mikä johtaa vähemmän matriisilaskentaan PDN:lle.

Simuloinnin ajonaikaiset parannukset käyttämällä kaikkia FineSim Pro -vaihtoehtoja yhdistettynä olivat 5.2-kertainen nopeus.

Yhteenveto

SK hynixin insinöörit ovat käyttäneet sekä FineSim- että PrimeSim-piirisimulaattoreita analysoinnissaan muistisirusuunnittelussaan. Neljän vaihtoehdon käyttäminen PrimeSim Prossa on tuonut riittävästi nopeutta parannuksia mahdollistaakseen täyden sirun PDN-analyysin SPF-parasiitteilla. Odotan, että Synopsys jatkaa piirisimulaattoriperheensä innovointia ja parantamista vastatakseen muistisirun ja muiden IC-suunnittelutyylien kasvaviin haasteisiin.