65纳米工艺下SD卡芯片的物理设计方法研究与实现

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随着集成电路工艺的发展,尤其当工艺节点发展到65纳米(nm)及以下时,专用集成电路(ASIC)的后端物理实现遇到了很多新的挑战,这些挑战可以归结为三个方面:时序、功耗和信号完整性。本文将以一款SD卡Flash控制芯片为例,探讨这三个方面的芯片物理设计解决方案。  SD卡(Secure Digital Memory Card),即安全数码卡,具有高速度、大容量、低成本、低功耗等优点,尤其拥有其他类型存储卡无法比拟的安全性,正在逐渐取代MMC卡(Multi-Media Card)、CF卡(Compact Flash Card)、SM卡(Smart Media Card)等移动存储卡,广泛应用在数码相机、手机等多种手持移动设备上,例如现在比较热门的iPhone及一系列智能手机,其市场需求必将越来越大。  从时序角度上来说,集成电路互连结构日趋复杂,互连线延迟所占比重不断增加,时序收敛问题越来越复杂,如何在ASIC的设计过程中寻求一个有效而又快捷的时序收敛方案成了高性能ASIC物理设计的难题。  从功耗角度上来说,随着集成电路在集成度和性能方面不断提高,电路功耗密度也急剧上升。功耗不但直接影响芯片的封装形式与成本,而且过高的功耗将导致芯片温度上升、电迁移效应和电压降等信号完整性问题,直接影响芯片的可靠性,电路功耗已经成为芯片发展的重要瓶颈之一。  从信号完整性角度来说,随着集成电路上电流密度的不断增大,互连线上的寄生效应如互连线串扰、电压降和电迁移等问题变得越来越严重,给后端设计人员带来了极大的困扰。  针对上述三类问题,65nm工艺下的ASIC物理设计方法势必需要一些新的改进。本文基于Synopsys的物理设计平台,以SD卡Flash控制芯片为例,分别在逻辑综合和布局布线(Place&Route)两个阶段论述了65nm工艺下物理设计时序、功耗和信号完整性三个难点的解决方案,并提出了设计方法学上的改进。本文的实际意义在于实现了65nm工艺下的芯片物理设计,最大程度的优化了时序,降低了功耗,减轻了信号完整性问题,并且成功流片。最终通过样片测试验证了三个难点解决方案的可行性,对于今后嵌入式系统重点实验室65nm工艺下芯片设计的后端物理设计有极大的参考意义。
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