Protecting Chips Against Hold Time Violations Due to Variability

با توسعه فناوری‌های بسیار عمیق زیر میکرون، تنوع فرآیند اهمیت فزاینده‌ای پیدا می‌کند و موضوع بسیار مهمی در طراحی مدارهای پیچیده است. تغییرپذیری فرآیند، تغییرات آماری پارامترهای فرآیند است، به این معنی که این پارامترها همیشه مقدار یکسانی ندارند، بلکه به یک متغیر تصادفی با یک مقدار متوسط ​​و انحراف استاندارد تبدیل می‌شوند. این اثر می‌تواند منجر به مشکلات متعددی در طراحی مدار دیجیتال شود.

پیامد منطقی این تغییر پارامتر این است که ویژگی‌های مدار، مانند تاخیر و توان، نیز به متغیرهای تصادفی تبدیل می‌شوند. به دلیل تغییرپذیری تاخیر، همه مدارها اکنون عملکرد یکسانی ندارند، اما برخی سریعتر و برخی کندتر خواهند بود. با این حال، کندترین مدارها ممکن است آنقدر کند باشند که برای فروش مناسب نباشند. از سوی دیگر، سریع ترین مدارهایی که می توانند با قیمت بالاتر فروخته شوند، می توانند بسیار نشتی باشند و همچنین برای فروش چندان مناسب نباشند. یکی از پیامدهای اصلی تغییرپذیری توان این است که مصرف برق برخی از مدارها متفاوت از حد انتظار خواهد بود که باعث کاهش قابلیت اطمینان، میانگین طول عمر و ضمانت محصولات می شود. گاهی اوقات مدارها به دلایل مرتبط با تغییرات فرآیند اصلاً کار نمی کنند. در پایان، این اثرات منجر به بازده کمتر و سودآوری کمتر می شود.

برای درک این اثرات، لازم است پیامدهای تغییرپذیری در چندین جنبه طراحی مدار مانند گیت های منطقی، عناصر ذخیره سازی، ساعت مورد مطالعه قرار گیرد. توزیع و هر چیز دیگری که می تواند تحت تأثیر تغییرات فرآیند قرار گیرد. تمرکز اصلی این کتاب بر عناصر ذخیره‌سازی خواهد بود.

With the development of Very-Deep Sub-Micron technologies, process variability is becoming increasingly important and is a very important issue in the design of complex circuits. Process variability is the statistical variation of process parameters, meaning that these parameters do not have always the same value, but become a random variable, with a given mean value and standard deviation. This effect can lead to several issues in digital circuit design.

The logical consequence of this parameter variation is that circuit characteristics, as delay and power, also become random variables. Because of the delay variability, not all circuits will now have the same performance, but some will be faster and some slower. However, the slowest circuits may be so slow that they will not be appropriate for sale. On the other hand, the fastest circuits that could be sold for a higher price can be very leaky, and also not very appropriate for sale. A main consequence of power variability is that the power consumption of some circuits will be different than expected, reducing reliability, average life expectancy and warranty of products. Sometimes the circuits will not work at all, due to reasons associated with process variations. At the end, these effects result in lower yield and lower profitability.

To understand these effects, it is necessary to study the consequences of variability in several aspects of circuit design, like logic gates, storage elements, clock distribution, and any other that can be affected by process variations. The main focus of this book will be storage elements.