我們如何來修復setup violation?

對于setup violation，大家一定都非常熟悉，網上也有很多相關的資料。今天我們來介紹下對于項目后期ECO階段，我們如何來修復setup violation.

首先我們來回顧一下setup的定義，簡單來說，setup檢查是為了檢查數據傳輸不能太慢，否則，在目的寄存器的capture edge不能正確的鎖存數據。如下圖所示：

用公式簡單表示為：

Tlaunch為launch clock path delay

Tcapture為capture clock path delay

Tdp為data path delay

Tcycle為時鐘周期

詳細公式可以查看下列文章

【時序分析基本概念介紹】

上述公式成立就代表setup沒有violation，因此我們可以知道修復setup的主要方法有以下三種：

1. 減小data path的delay

這是我們經常使用的修復setup的方法，但實際上，setup不好修的原因也是在于我們需要在data path上做減法，和hold相反，一般來說，把path變短總是要比把path變長困難許多，這邊列舉了一些經常使用到一些減小path delay的方法。

1) Vt Swap

通常是指選用Vt更小或者channel length， 一般的，同一種cell會分為HVT, RVT, LVT, SLVT。他們的速度大小按快到慢依次排列為SLVT, LVT, RVT, HVT。 功耗大小正好相反。每種VT cell又會分為不同的channel length，比如C20, C24, C28,C32。 數值越高，速度越慢。因此，在項目功耗允許的前提下，我們可以采用Low Vt的cell來替換High Vt的cell，或者選用小的channel length的cell。 這是修復setup最簡單也最常用的方法。

2）插入BUF

Setup violation其實絕大部分原因是由于drv造成的，我們知道，cell的delay其實是根據它的input transition，以及output load查表計算得來。因此，我們解決了cap和slew的問題，timing其實自然也得到了解決。那drv的問題，很多一部分我們可以通過插入buf來修復，比如net連接得太長導致驅動變弱，可以插入buf打斷net，來提高驅動；fanout太大，也可以通過插入buf來減少fanout數目。

3）Size up cell

這其實也是一種修復drv的手段，如果某個cell的驅動能力太弱，比較容易產生比較大的delay，因此我們可以通過size up這個cell來提高驅動能力，比如X1的BUF換成X4, X8的等。

但是我們在size up cell前也需要注意該cell的輸入/輸出transition的變化情況，因為驅動能力強的cell，它本身的load會比較大，可能會造成前一級cell驅動不了它的情況，所以實際的data path情況會比較復雜，不一定換大驅動的cell，delay就會變小。

一般情況下，如果我們看到某個cell的output transition比input transition大很多，那說明這個cell的驅動不夠，我們可以嘗試size up一下。如下圖所示：第一個X1的INV input transition是18.051，而輸出transition是66.328。明顯地時X1的INV推不動下面的14個fanout，可以考慮提高將X1的INV換成驅動更強的cell。

4）Layer assignment

這也是經常使用的一種手段，通常來說，高層金屬電阻較小，net delay也較小。這種現象在先進工藝中更常出現。我們可以將繞在低層的net，刪除wire后，設置繞線屬性，讓它繞在高層。

2. 增加capture clock path delay

這也是經常使用的一種修復setup的方法，也就是我們經常說的手動useful skew的方法。如果我們發(fā)現在data path上沒有可以明顯減小delay的地方時，我們可以采用在capture clock前墊clock buf的手段來增加capture clock path delay，從而起到修復setup violation的目的。

但是，由于這樣會動到clock path，所以我們墊buf前還是需要很謹慎的。首先我們得確保從capture clock出發(fā)的下一級path是不是有setup slack margin，同時，檢查一下到當前該級register的input pin上的有沒有hold margin。

3. 減小launchclock path delay

這也是動clock path來修復setup violation的一種方法，不同的我們需要減小launchclock path delay。 這類方法在平時是很少使用到的，原因也是因為減小path delay是很困難的，更何況clock path上用得一般都是最快的cell。理論上我們可以減小clock path的級數來實現，但實際操作起來還是要分析清楚clock的結構。

上述就是一些修復setup violation的理論手段，在實際的ECO過程中，我們考慮得更多的是，如何提高修timing的效率？ 畢竟如果timing path fail較多的話，手動修復是極其費力費時的一件事情。

一般signoff工具或者第三方的ECO工具都會自帶timing eco的功能，可以先做幾輪。 到工具修不動時，可以分析下timing報告，同時應該要通過腳本處理自動產生一個Vt Swap的ECO腳本。因為，Vt Swap動的東西最少，甚至不需要重新eco route和抽spef，直接在signoff工具可以重新報timing看修復結果。

至于剩余的需要手修的path，照著timing report修復時，需要注意以下幾點：

1）檢查timing path的hold margin。 需要注意的是，一般setup的violation在SS corner下，而hold則出現在FF的corner下面，兩者之間有3倍左右的timing variation。所以，檢查margin時需要考慮不同的corner影響。如果設計頻率過高的話，可能會出現setup和hold相互打架的情況，這時可以考慮提高net delay占的比重，修出margin。

2）盡量動靠近endpoint的cell。因為越往path后面的cell，影響的path數目越少。但有時還是需要考慮path分叉情況再決定修復的方法。

3）修完所有path后，需要在PR工具中對動過的cell重新擺放以及route。

相比hold來說，setup要難修很多，大家在掌握修復方法以后，應該進一步考慮如何通過腳本來提高工作的效率。