在移动系统级芯片(SoC)开发的激烈竞争中,SRAM(静态随机存取存储器)扮演关键角色,占据芯片面积近40%,直接影响产量和性能。在台积电开放创新平台(OIP)2025上,西门子EDA的Mohamed Atoua和联发科的Deepesh Gujjar联合发表的演讲《使用Additive AI技术加速SRAM设计周期》,针对先进工艺节点如台积电N2P工艺的验证挑战进行了深入探讨。随着移动SoC追求更低的最小工作电压(Vmin)以提升功耗效率,器件变异加剧,需要严格的统计产量验证:位单元(bitcell)需达到6西格玛(6-sigma,相当于99.99966%的合格率,表示极低缺陷率),外围逻辑则需4-4.5西格玛。

传统暴力蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟虽准确,但计算密集且耗时,往往导致迭代设计周期延误。验证失败会引发设计修复、工艺设计套件(PDK)修订、模拟器更新或额外PVT(工艺Process、电压Voltage、温度Temperature)角点测试,每次均需完整重新运行模拟。

联发科利用西门子EDA的Solido工具寻求更高效方法,引入Additive Learning技术——一种AI驱动方法,集成于Solido设计环境中。该技术保留并重用先前作业的AI模型和模拟数据,在后续迭代中大幅减少模拟次数,同时不牺牲SPICE级(SPICE是标准电路模拟程序,用于高精度模拟)精度。

Solido工具套件包括经Additive Learning增强的高西格玛验证器(High-Sigma Verifier,HSV)和PVTMC验证器。HSV支持可验证的高西格玛分析,通过数千次模拟实现6西格玛产量验证,比暴力方法快1,000至1,000,000,000倍。PVTMC提供PVT角点及蒙特卡罗的全覆盖验证,比传统方法快2-10倍,擅长异常值检测。传统流程中5次迭代可能耗时50小时,使用Solido迭代流程仅需5小时,可节省数天或数周的芯片开发时间表。

Additive Learning引擎自动检测重用机会,从轻量级、可优化的可重用AI数据存储库(Reusable AI Datastore)中抽取数据。该数据存储支持多用户访问、并行读写,且占用磁盘空间小,可删除完整设计环境(DE)结果同时保留加速潜力。它存储AI模型和历史数据,支持快速查询,确保无缝集成到设计尺寸变更、PDK更新等流程中。

联发科的结果展示了实际益处。案例1:在N2P工艺上验证5西格玛位单元写裕度(clock-to-bitcell flip),基准运行需2,500次模拟,平均值120.1 ps,5西格玛131.2 ps。设计修复后(写驱动器和列多路复用器Vt变化),Additive Learning仅用29次模拟完成(67x加速),平均值121.8 ps,5西格玛132.5 ps。案例2:4西格玛实例级验证(clock-to-data out),原300次模拟平均167.4 ps,4西格玛173.1 ps。控制/IO块Vt更新后,Additive Learning用15次模拟(20x加速),匹配完整重跑结果(平均198 ps,4西格玛204.6-204.8 ps)。

该技术的广泛采用凸显其生产级成熟度。例如,NVIDIA在AI驱动的标准单元验证中使用Additive Learning,在5nm以下设计复杂度上升的增量运行中实现加速。西门子EDA强调其可为现有AI技术提升高达100x的验证效率。随着节点缩小,此类工具对维持精度并压缩周期至关重要,推动高产量SoC更快上市。

底线:Additive Learning将SRAM设计从瓶颈转变为敏捷流程:快速、准确、自动化。通过跨迭代、PDK修订、尺寸调整或工具更新的模型重用,联发科实现20-67x收益。该西门子EDA与联发科合作不仅加速移动创新,还为半导体工作流中的AI集成树立基准,承诺未来节点更大效率。