Silicon Creations如何使用AFS Platform进行高性能7nm IP验证？

芯片迁移到更小工艺几何图形有许多好处，例如降低功耗及提升性能，但设计复杂性的增加给快速高效的仿真技术带来了更大的负担。除了快速高效的仿真技术，快速准确的电阻/电容 (RC) 提取也变得愈发重要。互连电阻在路径总电阻中的占比在持续加大。从 40nm 到 7nm，相对导线电阻增加了 6 倍以上，而相应的 RC 网表可能使仿真时间增加 20 倍，加大器件提出了严格的规范要求。PLL 可以解调无线信号，支持高速 SerDes 通道，合成高分辨率的稳定频率，或在数字电路中分配精确定时的时钟。

Siemens EDA（Siemens Digital Industries Software 的一个部门）的 Analog FastSPICE (AFS) Platform 通过新算法、优化和约减技术不断提高 SPICE 仿真的技术水平，以应对纳米级工艺几何图形千变万化的挑战。
与 BSIM4 模型相比，共多栅极的伯克利短沟道 IGFET 模型(BSIM-CMG) 在模型方程和拓扑结构方面均要复杂得多。由于这种复杂性，其模型评估可能要比 BSIM4 模型慢 2 倍。但是，AFS 仿真器已针对精度和性能进行了优化和验证， 其内存占用与 BSIM4 模型相近。AFS 瞬态噪声分析支持参数和纳米级器件噪声效应，使得设计人员能够确保获得全频谱结果，具体做法是基于每个器件的瞬时偏置，通过在每个时间步长为每个噪声源注入随机器件噪声（白噪声和/或闪烁噪声），然后求解每一时间步长的每个节点的随机微分方程。这样便可提供纳米级 SPICE 精度，且不会在瞬态噪声基底以下浪费任何计算。由于提取的寄生 RC 和耦合电容出现显著增加，AFS 仿真器将会采用先进的约减和优化技术来保持仿真器的性能和精度。AFS Platform 提供了全球最快的纳米级电路验证，非常适合验证最先进的纳米级电路。经证实，其动态范围超过 120 dB，速度比任何其他单核 SPICE 精度仿真器要快上5 到 10 倍。针对长时间运行情况，它运用了多线程技术来提供极限的连续运行性能。重要的是，其元件容量大于 20M，可验证具有详细寄生效应的整体电路。

Silicon Creations 在 7nm 实现了一次流片成功，其中包含了多个 PLL 和振荡器，符合预期的设计性能规范。采用AFS Platform 精确的高性能分析，包括瞬态和全频谱器件噪声，以及使用 Calibre DRC/LVS/xACT-3D/PERC 系列产品执行可靠的物理验证，对于验证 IP 以确保一次流片成功起到了重要作用。

自 2006 年以来，Silicon Creations 面向消费电子、数据中心、汽车、航空航天、工业和物联网 (IoT) 市场提供了200 多种模拟/混合信号 IP 设计，从 350nm 到 7nm。

以下实测数据与仿真数据的对比表明，多类 PLL 设计具有出色的相位噪声一致性，而且瞬态仿真能够准确预测锁定行为。对于振荡器设计，瞬态噪声分析可精确模拟高度非线性的超低功耗设计。

PLLTS7FFLBINTLPA 是一款 10 uW 32kHz 输入参考频率至48MHz 输出频率的整数分频 PLL，采用了快速锁定技术， 可在不到 500us 的时间内实现优于 2% 的频率精度，典型值为 1.25ms。

仿真数据得到的电流分布平均值为 3.02uA，标准偏差为1.5%，而实测数据的平均值为 3.15uA，标准偏差为 1.6%。

消费者需求不断推动半导体行业向更小的工艺几何图形发展，以解决性能、尺寸和成本问题。针对高性能模拟和混合信号 IP，Silicon Creations 采用 AFS Platform 实现了最新 7nm 的一次流片成功，进而不断满足严格的电路验证和噪声分析要求。

AFS Platform 通过极快速的仿真运行时间稳定地展示出SPICE 精度结果。对于低功耗、高性能电路，AFS 器件噪声分析提供的硅片精度噪声分析结果与实测结果相比差距在 1 至 2 dB 范围内，如此一来，Silicon Creations 将有信心，其首次流片的性能便能符合预期，并且实现高成品率。