在上周剛剛結束的DVcon China會議上，本土EDA企業(yè)英諾達攜其EnAltius昂屹 CDC(ECDC)跨域檢查工具亮相，并發(fā)表主題演講《Enhancing CDC tool to deliver complete CDC solutions for advanced IC design》。該工具通過創(chuàng)新算法與全流程覆蓋能力，為高性能芯片設計提供完整的CDC驗證解決方案，顯著提升復雜多時鐘域設計的可靠性與驗證效率。

主題：增強CDC工具以交付完整的CDC解決方案

演講人：Ivan Qiu

盡管時鐘域交叉(Clock Domain Crossing, CDC)是一個老生常談的問題，但在當今超大規(guī)模系統(tǒng)級芯片(SoC)設計中，CDC已成為影響芯片功能正確性和可靠性的核心問題。隨著芯片工藝節(jié)點不斷向深亞微米演進，設計規(guī)模和復雜度呈現(xiàn)指數(shù)級增長，單芯片集成上百個異步時鐘域的場景已屢見不鮮。這種多異步時鐘域架構雖能有效實現(xiàn)功耗與性能的平衡，卻帶來了復雜的跨時鐘域信號交互難題，使得CDC設計驗證成為決定芯片成敗的關鍵環(huán)節(jié)。

異步時鐘域間的信號傳遞面臨的風險，歸根結底是因為異步時鐘沒有固定的相位關系，導致無法進行時序收斂。其中當信號跨越不同頻率或相位的時鐘域時，接收寄存器不滿足建立和保持時間就會進入亞穩(wěn)態(tài)(Metastability), 這種介于邏輯"0"和"1"之間的不確定狀態(tài)不僅會導致其驅動的邏輯單元功耗變大，而且會導致亞穩(wěn)態(tài)驅動的多個邏輯單元由于網(wǎng)絡上不同的電阻電容值而觀測到不同的狀態(tài)，從而導致系統(tǒng)級功能錯誤。

使用多級寄存器打拍的結構是解決亞穩(wěn)態(tài)的經(jīng)典結構，其同步后的信號可有效抑制亞穩(wěn)態(tài)。通過對亞穩(wěn)態(tài)所導致的MTBF(平均失效時間)分析，亞穩(wěn)態(tài)的產(chǎn)生始終是一個概率事件，無法被徹底消除。然而在絕大多數(shù)工藝下，兩級寄存器同步的結構可以將MTBF提升至幾十年以上，但設計者依然期望能夠進一步提升MTBF。通過分析計算MTBF的參數(shù)構成，盡可能將同步所使用的兩個寄存器布局在相近位置，就可以顯著提高MTBF，因此如何產(chǎn)生這樣一套指導布局布線工具使用的約束文件成為了設計者的需求。

CDC檢查和靜態(tài)時序分析STA就像兩條并行的軌道，CDC檢查異步時鐘的路徑，STA檢查同步時鐘域的路徑。然而CDC與STA并不是沒有交集，CDC的一些結構仍然需要STA的保證，比如使用有效同步信號Qualifier的同步結構，使用格雷碼進行多比特位總線同步的結構。他們依然需要時序約束文件來進行時序收斂從而保證CDC結構的功能。通常這樣的時序文件由富有經(jīng)驗的設計者手動編寫， 存在引入錯漏的可能，給芯片帶來巨大的風險。

當今SoC設計中的大量跨時鐘域的處理使得CDC的違例可能數(shù)以十萬計，人工檢查分析所有的違例已經(jīng)變得越來越不可能完成，使用SVA (System Verilog Assertion) 仿真來輔助進行CDC的檢查已經(jīng)成為一個勢在必行的環(huán)節(jié)。一個完整的CDC解決方案不僅需要靜態(tài)驗證工具來檢測出所有的跨時鐘域風險，而且需要在仿真，時序收斂，布局布線等環(huán)節(jié)上來保證CDC的功能和可靠性。英諾達的EnAltius CDC(ECDC)跨域檢測工具采用了自研的基于邏輯的檢測算法，具有高精確率，高性能，易使用的特點。作為一款靜態(tài)驗證工具，ECDC是CDC檢測的第一道也是最重要的防線，可在設計早期規(guī)避風險，而且工具可以覆蓋百億門級設計的CDC問題。

不止于此，致力于提供更完整的CDC解決方案，ECDC在現(xiàn)有跨時鐘域檢測基礎上，未來將能夠輸出一整套與設計相適應的設計約束文件，仿真SVA文件，實現(xiàn)從問題定位到驗證閉環(huán)的一站式服務，助力客戶應對日益復雜的異步設計挑戰(zhàn)。

關于DVcon China

DVCon China是在中國舉辦的集成電路相關的高技術會議，探討集成電路和電子系統(tǒng)設計與驗證中的標準語言、工具與方法學。由Accellera Systems Initiative主辦，DVCon已成功舉辦了超過20年。入會者主要來自電子系統(tǒng)設計師、集成電路設計師和FPGA專家，也包括EDA工具研究與開發(fā)工程師、IP系統(tǒng)集成專家。

關于英諾達

英諾達(成都)電子科技有限公司是一家由行業(yè)頂尖資深人士創(chuàng)立的本土EDA企業(yè)，公司堅持以客戶需求為導向，幫助客戶實現(xiàn)價值最大化，為中國半導體產(chǎn)業(yè)提供卓越的EDA解決方案。公司的長期目標是通過EDA工具的研發(fā)和上云實踐，參與國產(chǎn)EDA完整工具鏈布局并探索適合中國國情的工業(yè)軟件上云的路徑與模式，賦能半導體產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展。公司的主營業(yè)務包括：EDA軟件研發(fā)、IC設計云解決方案以及IC設計服務。