DRAM 설계의 전력 전달 네트워크 분석

플라톤에 의해 재발행

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내 IC 설계 경력은 1978년에 DRAM 설계와 함께 시작되었으므로 이 메모리 설계 영역의 개발을 주시하여 설계 문제, 프로세스 업데이트 및 혁신을 기록했습니다. Synopsys는 메모리 기술 심포지엄 2022년 9.6월, SK하이닉스 이태준 엔지니어와 강봉길 엔지니어의 프레젠테이션을 볼 기회가 있었습니다. DRAM 칩은 최근처럼 초당 XNUMX기가비트의 고용량 및 빠른 데이터 속도에 도달했습니다. LPDDDR5T 25월 XNUMX일 발표. 데이터 속도는 PDN(Power Delivery Network)의 무결성에 의해 제한될 수 있지만 PDN으로 전체 칩 DRAM을 분석하면 시뮬레이션 시간이 너무 느려집니다.

x64 채널당 최대 메모리 대역폭은 여러 세대에 걸쳐 꾸준히 증가했습니다.

DDR1, 3.2V 전원에서 2.5GB/s
DDR2, 6.4V 전원에서 1.8GB/s
DDR3, 12.8V 전원에서 1.5GB/s
DDR4, 25.6V 전원에서 1.2GB/s
DDR5, 51.2V 전원에서 1.1GB/s

이러한 공격적인 타이밍 목표를 달성하는 데 있어 큰 과제는 DRAM 어레이의 IC 레이아웃 중에 발생하는 기생 IR 강하 문제를 제어하는 것입니다. 메모리 성능이 느려집니다.

IC에 대해 추출된 기생 성분은 SPF 파일 형식으로 저장되며 PDN에 대한 이러한 기생 성분을 SPICE 넷리스트에 추가하면 회로 시뮬레이터가 64배 느려지는 반면 PDN에 의해 추가된 기생 RC 요소의 수는 단순한 신호 기생보다 3.7배 더 많습니다.

SK 하이닉스에서는 시뮬레이션 실행 시간을 줄이기 위해 실용적인 접근 방식을 제시했습니다. PrimeSim™ 프로 세 가지 기술을 사용하여 PDN을 포함한 SPF 넷리스트의 회로 시뮬레이터:

전원과 다른 신호 간의 넷리스트 분할
PDN의 RC 요소 감소
시뮬레이션 이벤트 허용 오차 제어

PrimeSim Pro는 파티셔닝을 사용하여 연결성을 기반으로 넷리스트를 나누고 기본적으로 PDN 및 기타 신호가 결합되어 매우 큰 파티션을 형성하므로 시뮬레이션 시간이 너무 느려집니다. 기본 시뮬레이터 설정에서 가장 큰 파티션은 다음과 같습니다.

PrimeSim Pro의 옵션(primesim_pwrblock)는 PDN을 다른 신호와 분리하여 가장 큰 파티션의 크기를 줄이는 데 사용되었습니다.

분 후 가장 큰 파티션 — 가장 큰 파티션, 옵션 사용: primesim_pwrblock

SPF 형식으로 추출된 PDN에는 RC 요소가 너무 많아 회로 시뮬레이션 실행 시간이 느려지므로 primesim_postl_rcred RC 네트워크를 줄이는 동시에 정확도를 유지하는 데 사용되었습니다. RC 감소 옵션은 RC 요소의 수를 최대 73.9%까지 감소시킬 수 있었습니다.

PrimSim Pro와 같은 회로 시뮬레이터는 매트릭스 수학을 사용하여 넷리스트 파티션의 전류 및 전압을 해결하므로 런타임은 매트릭스 크기 및 전압 변경에 재계산이 필요한 빈도와 직접적으로 관련됩니다. 시뮬레이터 옵션 primesim_evtgrid_for_pdn PDN에 작은 전압 변화가 있을 때마다 매트릭스를 해결해야 하는 횟수를 줄입니다. 보라색으로 표시된 아래 차트에는 기본적으로 PDN에서 행렬 해석이 필요한 각 시점에 X가 표시되며 흰색으로 표시된 것은 시뮬레이터 옵션과 함께 행렬 해석이 사용되는 각 시점에서 삼각형입니다. 흰색 삼각형은 보라색 X보다 훨씬 덜 자주 발생하므로 더 빠른 시뮬레이션 속도를 가능하게 합니다.

전원 이벤트 제어 분 — 전원 이벤트 제어, 옵션 사용: primesim_evtgrid_for_pdn

런타임을 줄이기 위해 사용된 최종 FineSim Pro 시뮬레이터 옵션은 primesim_pdn_event_control=a:b이고 a:b에 이상적인 전원을 적용하여 작동하므로 PDN에 대한 매트릭스 계산이 줄어듭니다.

모든 FineSim Pro 옵션을 결합하여 시뮬레이션 런타임을 개선하면 속도가 5.2배 향상됩니다.

요약

SK 하이닉스의 엔지니어들은 메모리 칩 설계 분석을 위해 FineSim 및 PrimeSim 회로 시뮬레이터를 모두 사용해 왔습니다. PrimeSim Pro에서 네 가지 옵션을 사용하면 SPF 기생이 포함된 전체 칩 PDN 분석이 가능하도록 충분한 속도 향상이 제공됩니다. 저는 Synopsys가 메모리 칩 및 기타 IC 설계 스타일의 증가하는 문제를 해결하기 위해 회로 시뮬레이터 제품군을 지속적으로 혁신하고 개선할 것으로 기대합니다.