盘点数字IC后端实现中clock skew大的各种场景

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好了，下面进入今天的主题。

前阵子分享如何在 innovus 中分析 clock tree latency 的合理性专题后，相信很多小伙伴应该都已经 get 到这种技能了，应该能独立分析一个相对简单时钟结构 block 的 clock tree latency，以及快速知道你 design 的 tree 应该长多长。

手把手教你如何在 Innovus 中分析 clock tree 质量

我们知道衡量时钟树的两大指标是clock tree latency和clock skew。那今天小编将继续教你如何分析 clock skew 的合理性。掌握好这两大技术指标后，你的技术水平可以甩别人好几条街。

Clock Skew 定义

Clock Skew 是指 max clock latency 和 min clock latency 的差值（Clock Tree Synthesis 后）。而 Clock Skew 又可分为Global skew和Local skew两大类。

• Global skew

Global skew 是泛指 design 中任意两个寄存器 latency 之差的最大值。

• Local skew

Local skew 是指 design 中两个相关寄存器 latency 之差的最大值。因此，在数字后端设计实现中，我们更多的是关注 local skew。因为 local skew 会直接影响到我们的时序（setup 和 hold）。

下图所示 FF1 和 FF2 的 Local skew 为 3 个 buffer 的 delay，即 150ps（本文假定一个 buffer delay 为 50ps）。FF3 和 FF4 直接的 Local skew 为 100ps。那么 Global skew 是不是 200ps 呢？

[思考题] 什么时候 global clock skew 会小于 local clock skew?

如何查看 Clock Skew

掌握了 Clock Skew 概念后，那在实际做项目过程中，我们该如何知道 clock skew 是多少呢？主要可以有下面几种方式：

• 从 log 中获取

从 log 中可以知道每个 stage 做完后的 skew 到底是多少，以及有多少比例是符合预期的 target skew。图中的ratio 为何那么低，各位猜猜是什么原因呢？

• 从 clock tree report 获取

report_clock_tree

report_ccopt_clock_tree

• 从 timing report 上获取

有的时候你可能是通过报某条 path 来看 clock skew，但是需要注意的是这里的 clock skew 会偏大些，主要是因为它考虑了 derate，而 log 中和 clock tree report 中报出来的 clock skew 均不包含 derate。

所以，当有人问题 report_timing 和 report_clock_timing 有何区别的时候，可别再模拟两可了哦，大胆告诉他正确答案。

Clock Skew 多大是合理的？

知道了 clock skew 大小后，你如何知道它是否合理呢？比如当前 clock skew 是 120ps，你觉得合理吗，是否可以接着往下跑 flow 吗？clock skew 需要做到多小，取决于你的设计需求，没有统一的答案。比如 ddr 实现可能要求 skew 在 20ps 内，而普通模块则可以更宽松，一般 100ps 以内均属于正常范畴。

知道 clock skew 大小后，不要仅仅停留在这个值上面，它本身没有太多价值的信息，而是要通过分析得知当前 clock skew 值是何原因导致的？可否有进一步减少的空间？

Clock Skew 太大怎么办？

如果发现 clock skew 太大，我们可以通过分析找出偏大的原因，然后才能对症下药，解决问题。今天小编分享几种常见的原因。这几种情况基本上可以覆盖项目中的 90% 的情景，所以要认真看做好笔记哦。大家在做项目的过程中，可以通过逐一排查，一定可以找到 clock skew 偏大的原因。

• target clock skew 设置值偏大

不论是 C 家还是 S 家的工具，在长 tree 之前都会设置 target skew 值。这个值是告诉工具你的 clock skew 期望值是多少。一般情况下，建议设置 50-80ps 之间即可。如果你不小心将 target clock skew 设置成 250ps，那么工具最终做出来的可能就会在 250ps 左右。这个就有点像 flow 中对 max transition 的约束一样。

• data 和 clock 交叉

这种情况也比较常见，主要原因是 constraint 不完备导致的。一个典型的情况是当你看 hold violation 时发现有 500ps violation，乍一看就是 clock skew 严重不 balance 导致的。仔细分析后发现原来 capture clock path 上有一堆的 data。这种情况小编称之为 data 和 clock 互穿或交叉。解决方法要么是disable timing arc，要么就是设置 clock sense。

数字 IC 后端时钟树综合专题（OCC 电路案例分享）

这种场景乍一看是不是有点晕，没关系，多看多实践，不懂来小编知识星球多提问多交流，久而久之就自然懂了！

• Clock Tree 上的 cell 是否有dont use/touch 属性

时钟树上一般是由 Clock buffer，clock inverter，icg，mux 和一些 AND/OR 等组成的。所以需要检查 flow 中用于长 tree 的 inverter 种类，检查可用的 icg 驱动强度有哪几档，以及检查时钟分频电路上用的 AND/OR 的选型。

• 检查 macro 是否有interal clock tree

这种情况相当常见，典型的案例是 memory 内部有 clock tree。这段内部的 clock tree 是体现在它的 lib 中，表现为 min_clock_path 和 max_clock_path。

从 lib 中可以看到这颗 memory 内部就存在至少 100ps 的 skew。所以当遇到这种情况，如果不做特殊处理，长好 tree 后 clock skew 可能高达 300ps。如果你去硬修 hold violation，一方面可能是 hold buffer 会插爆，另外一方面是浪费 leakage 和面积。

所以，你可以打开你 memory 的 lib 看看是否有 interal 的 clock tree 定义。那么怎么解决呢？很简单，将这类 marco 的 clk设置一个 floating pin 为 0 的值，让工具不要管内部的那段 clock skew 即可。

• 检查 macro 内部是否有 interal checkpin

当一个 pin 既有 sequential arc 又有 combinational arc 时，library compiler 会产生一个内部的 checkpin，用于区分这两种 arc。以下图为例，U5 的 lib 中会有一个 interal 的 checkpin。默认情况下，工具长 Tree 时会把 U5/CK，U5/checkpin 和 U52/U53 的 CK 都当成 sink 来做 balance，从而导致比较大的 clock skew。

当遇到这种情况，可以通过下面的命令告诉工具将这个点 exclude 掉来解决 clock skew 偏大的问题。

set_clock_tree_exceptions -non_stop_pin U5/CKcheckpin1

所以，如果你的设计中是带有子模块的，当出现子模块的 checkpin 时，可以检查下抽 ETM 的环境，大部分情况是 ETM 抽取存在问题。

• 检查 clock tree net 是否有比较大的 max transition

如果 clock tree 上某个 high fanout net 被设置成dont touch 或者 ideal network，那么工具就无法解这个 fanout，从而会导致这个分支 delay 特别大。

好了，今天的内容分享就到这里。另外，因为公众号更改推送规则，小编分享的每篇干货不一定能及时推送给各位。为了避免错过精彩内容，请关注星标公众号，点击 “在看”，点赞并分享到朋友圈，让推送算法知道你是社区的老铁，这样就不会错过任何精彩内容了。

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