修復(fù)關(guān)鍵路徑時(shí)序一直都是數(shù)字IC designer最耗時(shí)的工作任務(wù)之一，而且伴隨著同一個(gè)RTL設(shè)計(jì)應(yīng)用于不同的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，時(shí)序、面積和功耗的約束也是不同的，所以時(shí)序優(yōu)化的方向也是多變的。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，時(shí)序優(yōu)化的任務(wù)是常見的，并不是說(shuō)RTL寫得足夠好，就不存在后續(xù)的時(shí)序優(yōu)化迭代。

本文介紹3個(gè)時(shí)序優(yōu)化的RTL改動(dòng)以及在其中Formal SEC的角色。

logic redistribution

其中一種比較常用的關(guān)鍵時(shí)序修復(fù)方法是將兩個(gè)pipe之間的組合邏輯重新分配。

這個(gè)道理就是木桶原理，限制同步設(shè)計(jì)時(shí)鐘頻率的路徑就是關(guān)鍵時(shí)序路徑，如果一個(gè)木桶中所有的木板長(zhǎng)短都是一樣的，那就是沒有短板，或者說(shuō)全部都是短板。

如上圖所示，上方的設(shè)計(jì)是存在時(shí)序問(wèn)題的設(shè)計(jì)，在第1個(gè)PIPE和第2個(gè)PIPE之間有一個(gè)比較長(zhǎng)的組合邏輯，通過(guò)組合邏輯重新分配，讓組合邏輯在2個(gè)PIPE比較均勻地分配就可以優(yōu)化這類時(shí)序問(wèn)題。

注意：前提是保證端到端功能是一致的，即使中間階段寄存器的狀態(tài)可能不一致。由于中間寄存器的狀態(tài)不一致所以不能夠使用combinational FEV，只能使用sequential FEV或者transaction FEV。

經(jīng)驗(yàn)表明，這種時(shí)序優(yōu)化有非常非常大的概率引入bug。修復(fù)時(shí)序的前提的保證功能，方向錯(cuò)誤，跑得越快，越不是好事情。

這種由于修復(fù)時(shí)序引入的bug很容易通過(guò)修改前RTL（SPEC RTL）和修改后RTL（IMP RTL）之間的等價(jià)性（sequential FEC）比對(duì)來(lái)確保設(shè)計(jì)的時(shí)序優(yōu)化修改沒有引入新的bug。

critical path reduction

在某些情況下組合邏輯重分配不可行時(shí)，可能需要將一個(gè)比較長(zhǎng)的組合邏輯分拆成并行的2個(gè)比較小的組合邏輯，然后在后面的PIPE使用邏輯再匯聚在一起，如下圖所示。

對(duì)于上面的修改，上方的設(shè)計(jì)存在時(shí)序問(wèn)題，下方的設(shè)計(jì)是優(yōu)化后的問(wèn)題，這個(gè)轉(zhuǎn)化的過(guò)程同樣非常非常容易導(dǎo)致bug的引入，也同樣可以通過(guò)FEC來(lái)保證。

Pipeline optimizations

隨著這個(gè)RTL設(shè)計(jì)的不同應(yīng)用場(chǎng)景需求變化（工藝變化、業(yè)務(wù)場(chǎng)景變化、算法變化以及物理實(shí)現(xiàn)的變化等等），designer發(fā)現(xiàn)時(shí)序無(wú)論如何也無(wú)法優(yōu)化，只能夠以犧牲latency的代價(jià)增加pipe數(shù)來(lái)優(yōu)化時(shí)序。又或者發(fā)現(xiàn)可以減少pipe來(lái)優(yōu)化latency，提升芯片的局部性能。

注意：同樣需要保證端到端的功能一致。

如上圖所示，上方是優(yōu)化前的設(shè)計(jì)，下方是優(yōu)化后的設(shè)計(jì)（減少了一個(gè)pipe）。

對(duì)于這種pipe個(gè)數(shù)變化，但是端到端功能不變的修改，同樣可以使用sequential FEC來(lái)進(jìn)行等價(jià)性比對(duì)。只不過(guò)有所區(qū)別的是，需要指定比對(duì)是latency差異。


審核編輯：劉清