转载一篇关于“clock skew”的文章

一声叹息

ASIC 設計中的 CLOCK SKEW 問題  
在一顆IC晶片裏頭，任何一條路徑的信號延遲時間（SIGNAL DELAY），都是由兩種不同的成份所構成：邏輯閘所造成的延遲（GATE EDALY）和繞線長短所引起的延遲（WIRE DELAY）。
兩者在全部的路徑延遲（PATG DELAY）中所佔的比例，因製程不同而有所改變。大致而言，微米以上的製程（1.0um以上）
PATH DELAY= GATE DELAY+WIRE DELAY
繞線延遲所佔的比例甚低，所以在系統模擬的過程中，有時甚至可以被忽略，PRE-SIM（只計算邏輯閘延遲）和POST-SIM（包含繞線延遲）的結果幾乎完全一樣。但在次微米的製程（1.0um以下），元件小型化造成邏輯閘延遲降低，而繞線延遲卻因走線寬度變窄，走線電阻值提高而升高。相較之下，兩者的比例接近百分之五十，繞線阻值所造成的延遲，無法再隨意忽略。這個情形產生兩點重要的影響：
(1) IC佈局繞線的結果影響每一次POST-SIM輸出，因為繞線長短關係到每一根信號的實際延遲時間。設計者必須花較多的時間來調整一顆IC的內部時序（TIMING）。
(2) 時鐘信號偏移（CLOCK SKEW）的問題變得重要，必須小心防範。以下面這個線路為例：

在微米以上的延遲模型中（DELAY MODEL），由I到A、B、C和D四點的路徑延遲是一模一樣的，但在實際晶片裏，如果這四個FLIP-FLOP不是肩並擺在一起，而是分置於IC的四個角，落那麼在真實的世界中，I到四點應該有不同的延遲時間。這種情形，SIMULATION中所見到的路徑延遲和實際IC中出現的值不同，即是所謂的CLOCK SKEW問題。這類問題最常發生在負載較大的時鐘信號上。在次微米的IC中，這種狀況顯得更為嚴重。假設CLOCK SKEW問題惡化到，I到B的延遲時間，甚至是大於I到A加上穿過D-FF所需要的時間，那麼這個SHIFTER就可能產生誤動作。
要解決CLOCK SKEW問題，最重要的就是要使SIMULATION看到的結果和真正IC中的延遲值接近，才能預先防範。解決之道有三：
(1) 由IC佈局著手：佈局時，將上述四個D-FF擺在一起。CLOCK SKEW通常發生在繞線極長、負載極重的情況下，所以拉近距離是極有效的解決方法。
(2) 指定時鐘信號抵達順序：將線路做如下之修改。以增加緩衝器的方式來指定時鐘信號抵達每一個D-FF的先後順序。在模擬的過程中，由I到A、B、C和D四點的路徑將完全不同。這個方法的缺點是，如果SHIFTER的長度增加，在高頻時，設計會變得異常困難。

(3) 使用較準確的延遲模型(DELAY MODEL)：放棄較簡易的T、K雙變數延遲模型，而改用SDF(SIGNAL DELAY FILE)來計算路徑延遲時間。這種方法，考慮路徑中的電阻值（舊方法忽略繞線的電阻），所以IC佈局繞線結束後，I到四點的實際走線不同，自然而然就有不同的延遲時間。此法的缺點SIMULATION是所耗用的時間會增長。
在高閘數高頻的設計中，CLOCK SKEW問題變得非常嚴重。如果能事先具有防範的概念，將有助於設計者突破困難，迅速完成設計驗證的工作。

hpsun

skew译成中文是“相偏”

iamchine

可能资料有点早，个人觉得漏了重要的一种解决方式：
现在频率稍高的电路设计中，都会采用时钟树来减小Clock Skew，后端P&R工具都有这项功能了。

gyl42

谢谢!!

enchanter

现在很多新的理论里，不再在只减小clock skew。 而是开始合理利用它。

用的好，应该可以使P＆R变的更容易。而且设计更容易实现。

eekevin25

請教 iamchine:
现在频率稍高的电路设计中，都会采用时钟树来减小Clock Skew，后端P&R工具都有这项功能了。

后端P&R工具的指令是甚麼? 可以降低 clock skew...感謝大大的指教...