CDC和RDC验证这么难，效率提升4倍可还行？

原创新思科技 2022-09-29 16:59

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从手机到通信卫星，ASIC（专用集成电路）无处不在，而且现在的ASIC已多达数十亿门级，这样才能更好地支持消费者们越来越高的功能需求。

数十亿门级的ASIC已具备几十甚至几百个时钟域，可支持多个第三方IP模块、外部接口和各种频率的低功耗功能。

这些时钟域与电源管理技术以及新的低功耗逻辑之间相互作用，很大程度上会在设计周期的后期引入新bug，从而让设计变得更复杂，并产生高昂成本，有些问题开发者们甚至都无法解决。设计过程中的路径和场景通常都非常复杂，一旦有错误没有被发现，就可能导致整个设计要重头来过，产生的成本也可想而知。

对于当今设计规模庞大的复杂芯片来说，如何既能有效解决功耗感知跨时钟域（CDC）问题，又能加快设计收敛，对开发者们而言是极大的挑战。

在本文中，我们将介绍意法半导体（ST）的功耗感知CDC和RDC方法，以及他们是如何将CDC/RDC验证速度提高4倍的。

CDC和RDC很棘手

时钟域是设计的一部分，它由一个时钟或多个相关的时钟驱动。为降低功耗，时钟逻辑通常让芯片在高频率下运行，并关闭其不活跃的部分。每当信号从源时钟域跨越到目标时钟域时，就会发生CDC，而这两个时钟域是相互异步的。异步时钟以及复位域所提供的机制使得芯片中的各种IP可以相互连接。两个时钟之间的时序差异越大，越有可能出现不可预测的行为。

采用异步时钟设计很容易导致亚稳态问题。在信号从源时钟域进入目标时钟域的过程中，如果这个信号在接近目标时钟沿时改变了数值，那么它可能会违反相应触发器的设置和保持时间，从而引入亚稳态问题，并进一步导致系统故障。

使用低功耗技术也会出现亚稳态问题。当电源管理基础设施与跨时钟域或复位域的信号相互作用时尤其如此，这种情况会导致更多的CDC问题，或者说会破坏已经同步的合格了的路径，从而产生更多bug。除此之外，这些技术还会造成毛刺或汇聚问题。

复位域是芯片中具有独特复位信号的部分。信号从一个复位域到另一个复位域会产生RDC，RDC会受到亚稳态的影响。由于多相上电/启动顺序及类似技术的使用更加普遍，异步复位也变得越来越常见，这也就意味着将会有更多源于RDC的设计错误出现。

*为什么**CDC和RDC验证这么难*

CDC和RDC验证是SoC开发者遇到的最棘手的验证问题。这是为什么呢？

由于当今SoC设计规模越发庞大，使用传统的仿真或静态时序分析（STA）工具无法有效验证潜在的数百个异步时钟域。RTL的功能仿真并不是为了验证会导致跨异步时钟边界出现数据传输问题的亚稳态效应，而且STA根本无法解决异步时钟域问题。

此外，使用传统工具的周转时间也会很慢。在数十亿门级的ASIC设计中可能存在数百万个CDC跨异步路径，需要数月的计算时间、几个TB的内存完成全芯片平面级CDC分析。

鉴于大规模设计中有数以百万计的CDC跨异步路径，会出现大量的违例，因此很难确定问题真正出现在哪，在手动操作时就如大海捞针一般。此外，约束和豁免必须正确输入，否则得到的CDC分析将不准确，还会掩盖错误。

设计中的RDC错误通常比CDC错误少。但在最终流片时，RDC错误在识别、调试和根本原因分析等方面更具有挑战性，因此最好在RTL开发的最早阶段就进行RDC分析。RDC路径有可能覆盖很长的时序逻辑链。为防止RDC亚稳态，RDC分析应该是在整个设计中执行全局分析，从而检测这些时序路径上的无复位结构。当开发者识别出设计中潜在的RDC路径后，可以通过限制信号和阻断门来保护这些路径。

CDC和RDC验证之间有一些相似之处，设置是关键，因为不正确的约束和豁免会引发漏报或误报。误报问题对手动分析来说是一大挑战。

意法半导体如何将CDC/RDC

验证速度提高4倍

意法半导体总部位于瑞士日内瓦，为汽车、工业、消费和物联网等各行各业开发芯片。该公司的CDC-RDC验证开发团队一直在使用上一代的RTL签核工具。然而，意法半导体需要开发规模更大、更复杂的芯片，因此团队需要具有更高准确性和更详尽分析能力，且不会影响设计速度的工具。

意法半导体仔细评估了新思科技验证系列中的VC SpyGlass® RTL签核平台。功耗感知、约束驱动的VC SpyGlass解决方案基于成熟的SpyGlass技术，在RTL开发的早期阶段就会对RTL、CDC和RDC的架构进行验证。这些技术与新思科技的Design Compiler® RTL综合工具和PrimeTime®签核使用模型相兼容，并嵌入原生Verdi®自动调试系统集成功能，可用于以lint、CDC和RDC为主的调试。通过先进的算法和分析技术，开发者可以及早获得洞察力，防止后续出现代价高昂的错误。

意法半导体团队使用VC SpyGlass技术的测试用例包含四个主要轨道：一个带有时钟选择元件，一个带有黑盒子（不知道其逻辑功能的单元），一个带有两个汇聚CDC路径，最后一个带有跨电源和电压域。

在大型SoC上使用新思科技的VC SpyGlass技术，与之前的CDC/RDC验证环境相比，我们的验证效率提高了3-4倍。产品对汇聚分析的准确性，对RDC分析的详尽覆盖，以及使用机器学习对违例进行聚类以进行根源分析，可以带来高效的验证体验，实现高质量的签核和高调试效率。

Jean-Christophe Brignone

CDC-RDC验证部高级技术人员

意法半导体

让RTL签核更快更全面

意法半导体发现，对于RTL阶段引入的，由于低功耗逻辑所导致的CDC问题，功率感知RTL级CDC和RDC验证方法学非常有效。可提供更智能、更快速的低误报复位验证（RDC）。通过新思科技的VC SpyGlass RTL静态签核技术，意法半导体将验证速度提升了3-4倍，同时获得了更高的结果准确性。事实证明，这套工具和方法，方便易用，效果极佳。