第527章 星河CAD（1/2）
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会议室里安静了几秒，吴国华继续翻开笔记本下一页。
“第二类问题，功耗与电源完整性缺陷。”
他在黑板上写了几行数字。
KL-VU:设计功耗2W，实测功耗3.5W，芯片温度70℃。
KL-CU:设计功耗1.5W，实测功耗2.8W，芯片温度65℃。
KL-SRAM:设计功耗0.5W，实测功耗0.8W，芯片温度45℃。
“动态功耗超标严重，KL-VU的实测功耗比设计值高了75%，芯片温度到了70度，远超设计指标。”
他指着那行数字。
“功耗仿真用的是平均活动因子，假设所有门电路的平均翻转率是20%。但KL-VU的向量运算单元，执行向量指令时，256个加法器同时翻转，活动因子接近100%。峰值功耗是平均功耗的3倍以上。”
他画了一个电流波形的示意图，在指令执行的瞬间有一个巨大的尖峰。
“输出级同时翻转时的电流尖峰，被严重低估了。”
台下有人问：“局部电压跌落的问题呢？”
“有。”吴国华又画了一个图，是芯片内部的电压分布，“KL-CU的某些区域，实测供电电压只有4.3伏，比标称值低了14%。门电路的速度下降，逻辑出错。”
他在图上标了几个热点。
“电源网络设计不合理。从电源焊盘到芯片内部的金属线太细，电阻太大，大电流时产生明显的压降。仿真时假设理想电源网络，没做IRDrop分析。”
他又画了一个图，是一个寄生PNP/NPN结构的示意图。
“还有一个更严重的问题，闩锁效应。”
台下安静了。
“KL-CU有两颗芯片在测试中突然电流骤增，从正常的50毫安跳到了200毫安，然后烧毁。切片分析发现，是闩锁效应导致的。”
他在图上标出了寄生结构。
“CMOS工艺中，NMOS和PMOS之间会形成一个寄生的PNPN结构，像一个可控硅。在特定条件下，这个寄生结构会导通，形成低阻通路，电流失控。”
他放下粉笔，看着台下。
“仿真模型中没有寄生PNP/NPN结构，无法预测闩锁触发条件。这个问题，设计时只能靠经验和规则来规避。”
宋颜在笔记本上写了几行字，抬起头：“存储芯片的问题呢？”
吴国华翻开笔记本下一页。
“KL-SRAM，176颗流片，封装141颗，测试通过134颗。淘汰的42颗中，失效模式分布如下。”
他在黑板上写了一张表：
存储单元失效:18颗，集中在晶圆边缘。
地址译码错误:9颗
保持时间不足:7颗
读写干扰:4颗
封装问题:4颗
“存储单元失效的18颗芯片，位图显示某些地址永远读不出正确数据。切片分析发现，失效的存储单元集中在晶圆边缘，光刻胶厚度不均导致的晶体管尺寸偏差。”
他在晶圆示意图的边缘画了几个叉。
“存储单元的性能取决于晶体管尺寸、掺杂浓度的精确匹配。工艺波动导致的随机失效，无法用仿真预测。”
他又画了一个地址译码器的时序图。
“地址译码错误的9颗芯片，问题出在译码器的竞争。地址切换时，译码器输出端出现了短暂的错误地址，导致误访问。这个毛刺宽度只有几纳秒，在仿真中被忽略了。”
“保持时间不足的7颗芯片，存储单元的电荷泄漏太快。原因是存储节点的寄生漏电比模型大了将近一倍，仿真时假设理想绝缘。”
他放下粉笔，转过身。
“存储芯片的失效模式非常复杂，分布式系统能做的仿真有限。很多问题，只有流片回来实测才能发现。”
宋颜点了点头，看向戚工：“产品中心有什么补充的吗？”。
戚工站起来，走到黑板前：“我来补充一些测试中心方面的，分布式辅助系统仿真覆盖不到的问题。”
他在黑板上写了几行字。
亚稳态：3颗芯片出现莫名其妙的错误，复现极其困难。
复位问题：2颗芯片上电后状态机死锁。
多时钟域：4颗芯片跨时钟域同步失败。
罕见输入序列：1颗芯片在某条极特殊的指令下死机。
戚工指着第一行：“触发器的输出在时钟沿附近变化时，会进入一种不确定的状态。这个状态可能在几个纳秒后稳定，也可能持续几百纳秒。仿真假设触发器输出永远是稳定的，无法模拟亚稳态。”
他画了一个触发器的时序图，在时钟沿附近标了一个不确定的区域。
“测试中发现的错误，大概率是亚稳态导致的。概率很低，复现极难。”
他指着第二行：“上电后，复位信号释放的时刻和时钟沿接近，导致触发器进入亚稳态。仿真中通常假设复位信号在时钟沿之间稳定变化，没有模拟这种边界情况。”
他指着第三行：“芯片内部有多个时钟域，跨时钟域的信号需要同步器来消除亚稳态。实测发现，同步器的设计有缺陷，数据丢失。”
他在图上画了两个时钟域，中间加了一个同步器。
“仿真模型中的同步器是理想的，假设亚稳态传播时间为零。实际同步器中，亚稳态可能传播几个纳秒，导致数据错误。”
他指着最后一行：“KL-CU有一颗芯片，在执行某条极特殊的指令序列时死机。我们经过极限测试，发现概率约在万分之一，跑了几万条指令才触发一次。仿真时间有限，不可能跑完所有输入组合。”
他放下粉笔，看着台下。
“这些问题，都是分布式系统无能为力的。系统能验证设计是否正确，但验证不了在真实物理世界中的行为。”
陈光远站起来，走到黑板前。
“除了以上内容，我再补充一些工艺波动与制造偏差之间的问题。”
他在黑板上画了一个晶圆，标了几个区域。
“这一类问题与设计无关，纯属制造环节的物理随机性。分布式系统能做的，几乎为零。”
他指着晶圆示意图。
“首先是关键尺寸偏差。光刻后晶体管的栅长偏短或偏长，导致速度或漏电异常。晶圆边缘的偏差比中心大了一倍。”
“其次是套刻偏差。两层掩模的对准偏移，导致晶体管特性变化。版图设计时预留了套刻余量，但实际偏差超过了余量。”
“再次是接触孔/通孔失效。接触孔未完全打开或填充不良，局部断路或高阻。刻蚀和沉积工艺的均匀性，系统无法预测。”
“第四是掺杂浓度波动。离子注入的剂量不均匀，导致阈值电压漂移。扩散炉的温度分布和注入机的束流稳定性，系统不知道。”
“最后是氧化层厚度偏差。栅氧化层厚度不均匀，影响晶体管性能。氧化炉的气氛和温度历史，系统不知道。”
他放下粉笔，转过身。
“这几样是比较明显的，其他的，还有封装与测试引入的问题。”
他掰着手指头数。
“键合线短路、断路，封装后芯片不工作。键合线电感导致过冲，输出信号有大的振铃，可能误触发后级。热膨胀系数失配，温度循环后焊点开裂。测试向量不完整，自检通过但实际应用中出错。”
他看着台下：“这些问题，系统都不涉及。”
陈光远讲完后，会议室里沉默了好一会儿。
宋颜像是在消化刚才听到的所有问题，过了好一会儿才开口说话。
“各位，都听清楚了？昆仑1第一版流片，全面溃败。12颗芯片，没有一颗全好。这是事实，昆仑1是我亲自带队设计的，我也深受打击。”
他顿了顿，目光从每一张脸上扫过。
“但溃败不可怕，可怕的是不知道败在哪儿。今天我们把问题都摊开了，时序收敛、功耗、存储、仿真死角、工艺波动、封装测试，每一条都清清楚楚。”
“我不怕大家笑话，集成电路是新产业，我们都在摸着石头过活，今天我们栽倒了，就要让大家知道我们倒在哪里，好让大家避开这个坑。”
他站起来，走到黑板前，拿起粉笔。
“分布式辅助电路设计系统，帮我们把会不会的问题解决了。逻辑功能正确，版图与逻辑图一致，设计规则检查通过。这是我们以前想都不敢想的。”
他在黑板上写了一个“会”字。
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