本發(fā)明涉及一種適用于高速集成電路的片上差分時(shí)延測量系統(tǒng)及回收集成電路識(shí)別方法。屬于微型電子器件
技術(shù)領(lǐng)域:
。
背景技術(shù):
:集成電路(integratedcircuit)是一種微型電子器件或部件。它是經(jīng)過氧化、光刻、擴(kuò)散、外延、蒸鋁等半導(dǎo)體制造工藝,把構(gòu)成具有一定功能的電路所需的半導(dǎo)體、電阻、電容等元件及它們之間的連接導(dǎo)線全部集成在一小塊硅片上,然后焊接封裝在一個(gè)管殼內(nèi)的電子器件;其中所有元件在結(jié)構(gòu)上已組成一個(gè)整體,使電子元件向著微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面邁進(jìn)了一大步。集成電路具有體積小,重量輕,引出線和焊接點(diǎn)少,壽命長,可靠性高,性能好等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)成本低,便于大規(guī)模生產(chǎn)。集成電路按其功能、結(jié)構(gòu)的不同,可以分為模擬集成電路、數(shù)字集成電路和數(shù)/?;旌霞呻娐啡箢?。隨著半導(dǎo)體元器件供應(yīng)鏈日趨復(fù)雜,大量偽劣(counterfeit)集成電路不斷滲透,甚至進(jìn)入核心安全攸關(guān)系統(tǒng)。這給整個(gè)電子行業(yè)尤其是軍事、航空航天、醫(yī)療和通信等領(lǐng)域帶來極大的安全隱患。此外,偽劣集成電路給集成電路制造商,每年帶來的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)十甚至數(shù)百億美元,并且此數(shù)值仍以每年12%-15%的速度持續(xù)增加。因此,偽劣集成電路的問題引起了政府及企業(yè)的極大重視。偽劣集成電路主要分為以下7類:回收翻新、重新標(biāo)注、過度生產(chǎn)、假冒克隆、去除缺陷、偽造指標(biāo)、篡改電路。其中,由于低成本和高額利潤,回收翻新集成電路占整個(gè)盜版集成電路80%以上。回收翻新集成電路,是指那些已在其他系統(tǒng)中使用過一段時(shí)間,通過回收并經(jīng)過翻新處理,按原始廠商生產(chǎn)、以新出廠電路價(jià)格銷售的集成電路。在回收翻新過程中,集成電路在高溫條件下被從印刷電路板中強(qiáng)制取出,并經(jīng)過洗滌、打磨、封裝、標(biāo)記等過程。高超的翻新手段使我們很難僅從外觀來區(qū)分盜版回收集成電路。然而,回收翻新過程會(huì)本身會(huì)損壞集成電路,造成可靠性下降。同時(shí),由于該類電路之前已使用過一段時(shí)間,剩余使用壽命和可靠性都大大降低。識(shí)別回收翻新集成電路的方法通常分為兩類,一類是觀察法,另一類是測試法。前者指的是,通過外部目檢、X射線檢查、聲學(xué)掃描、顯微鏡檢查、內(nèi)部目檢等,先進(jìn)觀察手段分析其物理結(jié)構(gòu),從而找出翻新的痕跡和異常。雖然此方法直接有效,但需要昂貴的測試設(shè)備和大量的測試時(shí)間,從而大大增加測試成本。此外,隨著集成電路工藝的提升,和翻新手段的進(jìn)步,上述的檢測難度不斷遞增。另一方面,上面已經(jīng)提到,回收翻新集成電路與新出廠集成電路最大的區(qū)別在于,該電路已被使用,即已老化?;诖颂卣鳎S多文獻(xiàn)提出了識(shí)別回收翻新集成電路的測試技術(shù)。這些技術(shù)主要分為兩大類:片上系統(tǒng)設(shè)計(jì),數(shù)理統(tǒng)計(jì)法。經(jīng)過對現(xiàn)有的技術(shù)文獻(xiàn)進(jìn)行檢索發(fā)現(xiàn),2014年U.Guin等人在ACMDesignAutomationConference(國際計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)自動(dòng)化會(huì)議)上發(fā)表了“Low-coston-chipstructuresforcombatingdieandicrecycling(用于識(shí)別回收芯片和集成電路的低成本片上結(jié)構(gòu))”,設(shè)計(jì)并提出了基于環(huán)形振蕩器對的片上傳感器,一個(gè)始終振蕩經(jīng)歷老化,另一個(gè)僅在檢測條件下振蕩作為參考,由于老化的影響,兩個(gè)振蕩器的振蕩頻率差逐漸增大,對其進(jìn)行一維包絡(luò)分析,從而區(qū)分出回收翻新集成電路。然而,此類傳感器的缺點(diǎn)在于,增加了芯片的額外面積和功耗,同時(shí)隨著工藝不確定性的增大,無法準(zhǔn)確識(shí)別出僅使用很短時(shí)間內(nèi)的回收翻新集成電路。2012年X.Zhang等人在IEEEInternationalSymposiumonDefectandFaultToleranceinVLSIandNanotechnologySystems(基于超大規(guī)模集成電路和納米技術(shù)系統(tǒng)中的缺陷和容錯(cuò)能力國際研討會(huì))發(fā)表了“Path-delayfingerprintingforidentificationofrecoveredics(用于識(shí)別回收集成電路的路徑時(shí)延“指紋”系統(tǒng))”,提出測量集成電路中關(guān)鍵路徑的時(shí)延(delay)增量,通過主成分分析法(PCA)劃分時(shí)延分布,如在新出廠集成電路的時(shí)延分布之外,則認(rèn)定為翻新。然而,隨著集成電路尺寸的不斷縮小,工藝不確定性影響越來越大,使得老化前后關(guān)鍵路徑的時(shí)延分布重疊較大,分辨準(zhǔn)確度降低。此外,支持向量機(jī)(SVM)這一數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法的引用也逐漸提升回收集成電路的分辨率。其中,K.Huang等人在2015年IEEETransactionsonComputer-AidedDesignofIntegratedCircuitsandSystems(國際集成電路和系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)期刊)上發(fā)表了“Recycledicdetectionbasedonstatisticalmethods(基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)的回收集成電路識(shí)別方法)”,提出以靜態(tài)漏電流(Iddq)、最大工作頻率(Fmax),以及最大工作電壓(Vmax)隨時(shí)間的變化率,H.Dogan等人在2014年在IEEEInternationalSymposiumonDefectandFaultToleranceinVLSIandNanotechnologySystems(基于超大規(guī)模集成電路和納米技術(shù)系統(tǒng)中的缺陷和容錯(cuò)能力國際研討會(huì))上發(fā)表了“AginganalysisforrecycledFPGAdetection(基于老化分析的回收FPGA檢測方法)”,提出以FPGA中環(huán)形振蕩器的振蕩頻率下降百分比,為SVM輸入?yún)⒘?,通過參數(shù)訓(xùn)練,找到區(qū)分邊界。雖然上述文獻(xiàn)采用了片上測量系統(tǒng),但受制造不確定性影響大,運(yùn)行時(shí)功耗較大,且涉及大量原始樣本進(jìn)行訓(xùn)練,以及半個(gè)小時(shí)以上的額外的加速老化,這些都增加了測試成本。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:本發(fā)明的目的在于提供一種適用于高速集成電路的片上差分時(shí)延測量系統(tǒng)及回收集成電路識(shí)別方法,以解決現(xiàn)有技術(shù)中片上測量系統(tǒng)受制造不確定性影響大,運(yùn)行時(shí)功耗較大,測試成本高等缺陷。本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種適用于高速集成電路的片上差分時(shí)延測量系統(tǒng),如圖1所示,該系統(tǒng)是由時(shí)延差分測量模塊、控制邏輯模塊、非揮發(fā)性隨機(jī)存儲(chǔ)器(如Flash)構(gòu)成,用來監(jiān)測集成電路中的關(guān)鍵路徑。通過調(diào)整時(shí)延差分測量模塊中選擇器的“0”和“1”,并觀察該模塊輸出變化,從而獲得監(jiān)測的關(guān)鍵路徑的時(shí)延長度。同時(shí)提出了一種基于該片上差分時(shí)延測量系統(tǒng)的回收集成電路識(shí)別方法,其測量方法有六個(gè)步驟。該方法通過片上時(shí)延差分測量模塊,精確獲得各頻繁使用的關(guān)鍵路徑的時(shí)延變化。并使用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法,比較各路徑的時(shí)延變化分布,最終識(shí)別出回收翻新集成電路。本發(fā)明設(shè)計(jì)的片上差分時(shí)延測量系統(tǒng)測量精度較高、易集成、生產(chǎn)測試成本低、受工藝不確定性影響小,同時(shí)本發(fā)明提出的回收集成電路識(shí)別方法具有測試時(shí)間短、識(shí)別度高等優(yōu)點(diǎn),降低回收集成電路對整個(gè)集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的影響。本發(fā)明的一種適用于高速集成電路的片上差分時(shí)延測量系統(tǒng),所述集成電路芯片中有大量門電路翻轉(zhuǎn)頻繁,會(huì)遭受負(fù)偏置溫度不穩(wěn)定性(NBTI)及熱載流子注入(HCI)效應(yīng),即動(dòng)態(tài)老化和靜態(tài)老化。因此,隨著使用時(shí)間的增加,對于同一條關(guān)鍵路徑,其在回收翻新集成電路中的時(shí)延與新出廠的大不相同,因此易測量出時(shí)延變化惡劣程度,即時(shí)延差;本發(fā)明一種適用于高速集成電路的片上差分時(shí)延測量系統(tǒng),該差分時(shí)延測量系統(tǒng)由時(shí)延差分測量模塊、控制邏輯模塊、非揮發(fā)性隨機(jī)存儲(chǔ)器(如Flash)構(gòu)成;其中,在上述集成電路芯片上的N條關(guān)鍵路徑放置N個(gè)時(shí)延差分測量模塊,這N個(gè)時(shí)延差分測量模塊共用一個(gè)控制邏輯模塊和隨機(jī)存儲(chǔ)器。所述控制邏輯模塊,在測量開始前,一些基本的配置參數(shù)通過串行或并行的方式寫入控制寄存器中;這些配置參數(shù)包括測量開始內(nèi)部復(fù)位、使能端EN、BUF_SEL[m-1:0]信號;在測量開始后,這些配置參數(shù)將傳遞到時(shí)延差分測量模塊中;所述隨機(jī)存儲(chǔ)器,用來存儲(chǔ)測量過程中代表路徑長度狀態(tài)的控制信號,即n位BUF_SEL[n-1:0]信號;所述的N個(gè)時(shí)延差分測量模塊的結(jié)構(gòu)是相同的;每個(gè)時(shí)延差分測量模塊均由上升沿生成結(jié)構(gòu)20A、被檢測路徑時(shí)延標(biāo)志生成結(jié)構(gòu)20B、差分路徑時(shí)延調(diào)整結(jié)構(gòu)20C構(gòu)成;該上升沿生成結(jié)構(gòu)20A,由一個(gè)與非門和一個(gè)觸發(fā)器FF1構(gòu)成,與非門的輸入端為系統(tǒng)復(fù)位,和控制邏輯模塊輸出的控制復(fù)位信號共同組成,輸出端接入到觸發(fā)器FF1的置“0”端,同時(shí)觸發(fā)器FF1的輸入D端始終接電源端。在測試開始前,先對觸發(fā)器FF1進(jìn)行置“0”。在測試模式下,當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘上升沿到來時(shí),觸發(fā)器FF1自動(dòng)生成上升沿,進(jìn)入到差分路徑時(shí)延調(diào)整結(jié)構(gòu)20C中;該被檢測路徑時(shí)延標(biāo)志生成結(jié)構(gòu)20B,由一個(gè)緩沖器和一個(gè)異或門構(gòu)成,連接在關(guān)鍵路徑和觸發(fā)器FF2之間。在測試模式下,當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘上升沿到來時(shí),在關(guān)鍵路徑的輸出端產(chǎn)生上升沿或下降沿信號,經(jīng)過被檢測路徑時(shí)延標(biāo)志生成結(jié)構(gòu)20B后,生成一個(gè)脈沖信號,作為觸發(fā)器FF2的時(shí)鐘端;該差分路徑時(shí)延調(diào)整結(jié)構(gòu)20C,由n個(gè)緩沖器對,n個(gè)選擇器和1個(gè)觸發(fā)器FF2構(gòu)成。其中緩沖器對為兩個(gè)不同時(shí)延的第一緩沖器和第二緩沖器組成,通過調(diào)整選擇器的“0”和“1”,可選擇不同的緩沖器,從而獲得不同差分路徑的時(shí)延,最后進(jìn)入的上升沿信號輸出到觸發(fā)器FF2的輸入端。最后,n個(gè)選擇器的選擇信號組成n位BUF_SEL[n-1:0],作為路徑長度狀態(tài)的控制信號。根據(jù)時(shí)延差分測量模塊設(shè)計(jì),當(dāng)其時(shí)延小于關(guān)鍵路徑時(shí)延時(shí),觸發(fā)器FF2輸出為“1”,而其時(shí)延大于關(guān)鍵路徑時(shí)延時(shí),觸發(fā)器FF2將輸出“0”。在測試過程中,通過輸入BUF_SEL[n-1:0],單調(diào)增加差分時(shí)延測量模塊時(shí)延,在觸發(fā)器FF2輸出由“1”變?yōu)椤?”時(shí),即表明差分時(shí)延測量模塊時(shí)延與關(guān)鍵路徑時(shí)延相當(dāng)。在測量結(jié)束后,將每次得到的BUF_SEL[n-1:0]信號進(jìn)行儲(chǔ)存。最后,比較測量前后存儲(chǔ)器中兩個(gè)BUF_SEL[n-1:0]信號中“0”變成“1”的比特?cái)?shù),從而得被測關(guān)鍵路徑的時(shí)延惡化程度。需要注意的是,緩沖器對中第一緩沖器和第二緩沖器的時(shí)延相差越小,本模塊對關(guān)鍵路徑時(shí)延惡化測量的敏感度越高。由于本時(shí)延差分測量模塊是測量關(guān)鍵路徑在老化前后的路徑時(shí)延差,從而判斷是否為回收集成電路。因此,為保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性,本時(shí)延差分測量模塊就必須就有抗老化設(shè)計(jì)。如圖1a所示,為確保本系統(tǒng)的抗老化性,時(shí)延差分測量模塊中每個(gè)緩沖器都通過一個(gè)“開關(guān)”與電源、地端相連。在芯片正常工作模式下EN=0,整個(gè)系統(tǒng)不工作;在測試模式下EN=1,模塊中一部分門電路遭受NBTI的影響,且僅翻轉(zhuǎn)一次。由于測試時(shí)間為微秒級,故該老化效應(yīng)對整個(gè)測量系統(tǒng)來說可忽略不計(jì)。因此,整個(gè)差分時(shí)延測量系統(tǒng)幾乎不受老化效應(yīng)影響。一種基于片上差分時(shí)延測量系統(tǒng)的回收集成電路識(shí)別方法,如圖2所示,它包括有下列步驟:步驟一,選擇監(jiān)測路徑;在關(guān)鍵路徑中,選擇那些老化速度快,即受負(fù)偏置溫度不穩(wěn)定性(NegativeBiasTemperatureInstability,NBTI)和熱載流子注入(HotCarrierInjection,HCI)影響較大的路徑。路徑老化速度越快,時(shí)延惡化幅度ΔT越大,從而易識(shí)別出經(jīng)歷短時(shí)間老化的電路。基于此,我們根據(jù)以下兩個(gè)原則來選擇監(jiān)測路徑:(i)包含更多老化速度快的門電路,(ii)更多“0”出現(xiàn)同時(shí)翻轉(zhuǎn)更頻繁。大量的“0”會(huì)使PMOS受到更嚴(yán)重的NBTI退化影響,同時(shí)愈頻繁的翻轉(zhuǎn)會(huì)增加門電路的HCI退化影響。具體來說,對于工藝庫中不同類型的門電路,仿真確定老化速度快的門電路。至于第(ii)點(diǎn),通過在關(guān)鍵路徑中,添加不同的輸入向量組合,計(jì)算出在一定時(shí)間內(nèi),關(guān)鍵路徑中每個(gè)門所經(jīng)歷“0”及翻轉(zhuǎn)活動(dòng)的平均個(gè)數(shù),從而統(tǒng)計(jì)出整條關(guān)鍵路徑的情況。需要指出的是,針對深亞微米工藝下NBTI比HCI更加嚴(yán)峻的現(xiàn)狀,我們首先考慮那些工作中出現(xiàn)更多“0”的關(guān)鍵路徑,其次是由更多老化速度快的門電路組成的路徑;步驟二,設(shè)計(jì)差分時(shí)延測量模塊;由前面分析可知,為提升本系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和敏感度,圖2中緩沖器應(yīng)當(dāng)選擇器件庫中時(shí)延差盡可能小的緩沖器。同時(shí),由于工藝不確定性的影響,還需通過蒙特卡洛仿真,通過正態(tài)分布擬合的方法,確定各自的時(shí)延差;步驟三,插入差分時(shí)延測量系統(tǒng)。由于本系統(tǒng)所占用的額外面積很小,所以同時(shí)監(jiān)測多條關(guān)鍵路徑。需要注意的是,差分時(shí)延測量模塊的擺放位置與所監(jiān)測的關(guān)鍵路徑,在版圖上應(yīng)盡可能接近;步驟四,記錄全新電路關(guān)鍵路徑時(shí)延;即在電路加工制造完成后,在第一次上電時(shí),通過本系統(tǒng)測量一次監(jiān)測的關(guān)鍵路徑長度信息,并將此次獲得的BUF_SEL[n-1:0]信號作為原始信號存儲(chǔ)到非揮發(fā)性隨機(jī)存儲(chǔ)器中;步驟五,訓(xùn)練新出廠電路判定邊界;電路出廠前,在制造缺陷和Burn-In測試過程中,會(huì)經(jīng)歷一定的程度的老化。因此,在上述測試完成后,應(yīng)重新收集關(guān)鍵路徑長度,并存儲(chǔ)BUF_SEL[n-1:0]信號。將出廠過程中形成的時(shí)延惡化(ΔT)作為樣本,通過SVM,訓(xùn)練出新出廠電路邊界函數(shù)。圖3給出了回收翻新集成電路與新出廠集成電路的時(shí)延惡化幅度的二維分布,以及訓(xùn)練出來的邊界示意圖。監(jiān)測路徑的數(shù)目多于2條時(shí),該圖可拓展為多維;步驟六,識(shí)別回收翻新集成電路。識(shí)別過程中,通過本系統(tǒng)測量待測關(guān)鍵路徑的時(shí)延長度,并獲得一組BUF_SEL[n-1:0],并與之前存儲(chǔ)的原始信號進(jìn)行對比,找到前后兩個(gè)信號中“0”變成“1”的比特?cái)?shù),從而確定待測電路的時(shí)延惡化程度,判斷是否在上一步訓(xùn)練出來的邊界函數(shù)或模型內(nèi),便可據(jù)此判定待測電路是否為回收集成電路。本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種適用于高速集成電路的片上差分時(shí)延測量系統(tǒng)及回收集成電路識(shí)別方法,其優(yōu)點(diǎn)在于:①關(guān)鍵路徑時(shí)延惡化程度測試精度小于15ps,且制造不確定性得到了有效抑制。②直接對決定電路功能的關(guān)鍵路徑進(jìn)行測量。③測試過程中不需要進(jìn)行額外的加速老化,測試時(shí)間被有效縮短。④占用芯片額外面積小,僅在測試模式下工作,額外功耗增加小。附圖說明圖1a是本發(fā)明時(shí)延差分測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖1b是本發(fā)明時(shí)延差分測量模塊中各子模塊的結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明識(shí)別待測集成電路方法的流程框圖。圖3是通過支持向量機(jī)的方法訓(xùn)練識(shí)別邊界(路徑數(shù)目多于2條使,該圖可拓展為多維)。圖4是考慮到工藝不確定性的影響,各緩沖器的時(shí)延分布(蒙特卡洛200組)。圖5是差分延時(shí)測量模塊功能驗(yàn)證波形圖。圖6是考慮到制造不確定性的影響,本發(fā)明對三種基準(zhǔn)電路老化后的測量精度表現(xiàn)(老化時(shí)間隨機(jī)選取1個(gè)月至3年)。圖7a是標(biāo)準(zhǔn)測試電路s9234中,本系統(tǒng)測得的一條關(guān)鍵路徑時(shí)延差分布。圖7b是標(biāo)準(zhǔn)測試電路s9234中,本系統(tǒng)根據(jù)測得的兩條關(guān)鍵路徑時(shí)延差訓(xùn)練出的識(shí)別邊界。圖8a是標(biāo)準(zhǔn)測試電路s38417中,本系統(tǒng)測得的一條關(guān)鍵路徑時(shí)延差分布。圖8b是標(biāo)準(zhǔn)測試電路s38417中,本系統(tǒng)根據(jù)測得的兩條關(guān)鍵路徑時(shí)延差訓(xùn)練出的識(shí)別邊界。圖9a是標(biāo)準(zhǔn)測試電路b19中,本系統(tǒng)測得的一條關(guān)鍵路徑時(shí)延差分布。圖9b是標(biāo)準(zhǔn)測試電路b19中,本系統(tǒng)根據(jù)測得的兩條關(guān)鍵路徑時(shí)延差訓(xùn)練出的識(shí)別邊界。圖中符號說明如下:BUF_SEL[n-1]:第n個(gè)選擇器在測試過程中的選擇信號。具體實(shí)施方式見圖1至圖7,下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明中對于集成電路芯片的編程控制采用了HSPICE2014,DesignCompiler,PrimeTime以及Star-RCXT軟件。HSPICE是Synopsys公司為集成電路設(shè)計(jì)中的穩(wěn)態(tài)分析,瞬態(tài)分析和頻域分析等電路性能的模擬分析而開發(fā)的一個(gè)商業(yè)化通用電路模擬程序。它相較于伯克利的SPICE(SimulationProgramwithICEmphasis)軟件,MicroSim公司的PSPICE以及其它電路分析軟件,又加入了一些新的功能,經(jīng)過不斷的改進(jìn),目前已被許多公司、大學(xué)和研究開發(fā)機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用。ICCompiler是Synopsys下一代布局布線系統(tǒng),通過將物理綜合擴(kuò)展到整個(gè)布局和布線過程以及簽核驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)收斂,來保證卓越的質(zhì)量并縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。上一代解決方案由于布局、時(shí)鐘樹和布線獨(dú)立運(yùn)行,有其局限性。DesignCompiler(簡稱DC)是Synopsys公司的ASIC綜合器產(chǎn)品,它可以完成將硬件描述語言所做的RTL級描述自動(dòng)轉(zhuǎn)換成優(yōu)化的門級網(wǎng)表。DC得到全球60多個(gè)半導(dǎo)體廠商、380多個(gè)工藝庫的支持。Synopsys的邏輯綜合工具DC占據(jù)91%的市場份額。DC是工業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的邏輯綜合工具,也是Synopsys最核心的產(chǎn)品。它使IC設(shè)計(jì)者在最短的時(shí)間內(nèi)最佳的利用硅片完成設(shè)計(jì)。它根據(jù)設(shè)計(jì)描述和約束條件并針對特定的工藝庫將輸入的VHDL或者Verilog的RTL描述自動(dòng)綜合出一個(gè)優(yōu)化的門級電路。它可以接受多種輸入格式,如硬件描述語言、原理圖和網(wǎng)表等,并產(chǎn)生多種性能報(bào)告,在縮短設(shè)計(jì)時(shí)間的同時(shí)提高設(shè)計(jì)性能。PrimeTime是針對復(fù)雜、百萬門芯片進(jìn)行全芯片、門級靜態(tài)時(shí)序分析的工具。PrimeTime可以集成于邏輯綜合和物理綜合的流程,讓設(shè)計(jì)者分析并解決復(fù)雜的時(shí)序問題,并提高時(shí)序收斂的速度。PrimeTime是眾多半導(dǎo)體廠商認(rèn)可的、業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的靜態(tài)時(shí)序分析工具。GalaxyTM設(shè)計(jì)平臺(tái)中的時(shí)序驗(yàn)證核心工具--的最新版本憑借其靜態(tài)時(shí)序分析能力和對數(shù)百萬門設(shè)計(jì)進(jìn)行認(rèn)可的能力,成為新的時(shí)序工具標(biāo)準(zhǔn)。從用戶使用情況顯示,最新發(fā)布的PrimeTime的運(yùn)行速度比之前版本平均提高了2到7倍,從而提升了設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)能力,并實(shí)現(xiàn)快速的時(shí)序認(rèn)可。PrimeTime強(qiáng)大的性能得益于在生成報(bào)告和基于標(biāo)準(zhǔn)延遲文件(SDF)的時(shí)序分析方面的算法的改進(jìn)。PrimeTime提供全芯片級的靜態(tài)時(shí)序分析,同時(shí)整合了延遲計(jì)算和先進(jìn)的建模功能,以實(shí)現(xiàn)有效而又精確的時(shí)序認(rèn)可。PrimeTimeSI是全芯片門級信號完整性分析工具。PrimeTimeSI建立在成功流片驗(yàn)證過的PrimeTime平臺(tái)之上的,提供精確的串?dāng)_延遲分析,IRdrop(電壓降落)分析和靜態(tài)時(shí)序分析。PrimeTimeSI業(yè)界領(lǐng)先的超快運(yùn)行時(shí)間和處理容量讓數(shù)百萬門的復(fù)雜設(shè)計(jì)一次流片成功,讓設(shè)計(jì)者取得極快的進(jìn)入市場時(shí)間。Star-RCXT是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)領(lǐng)域內(nèi)寄生參數(shù)提取解決方案的黃金標(biāo)準(zhǔn)。該款工具為ASIC、片上系統(tǒng)(SoC)、數(shù)字定制、內(nèi)存和模擬電路的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)統(tǒng)一的解決方案。Star-RCXT用來對全新片設(shè)計(jì)、關(guān)鍵網(wǎng)以及塊級設(shè)計(jì)進(jìn)行非常準(zhǔn)確和有效的三維寄生參數(shù)提取,Star-RCXT還可以提供內(nèi)建的電容電阻數(shù)據(jù)壓縮,延時(shí)計(jì)算以及噪聲分析。Star-RCXT提供層次化處理模式以及分布式處理模式以達(dá)到最高處理量。Star-RCXT緊密結(jié)合于Synopsys的SinglePass流程。(一)差分時(shí)延測量系統(tǒng)參見圖1所示,本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種適用于高速集成電路的片上差分時(shí)延測量系統(tǒng)由差分時(shí)延測量模塊、控制邏輯模塊和非揮發(fā)性隨機(jī)存儲(chǔ)器三部分組成,均可內(nèi)嵌在現(xiàn)有集成電路芯片上。其中,在上述集成電路芯片上的N條關(guān)鍵路徑放置N個(gè)時(shí)延差分測量模塊(2A、2B、……和2N),這N個(gè)時(shí)延差分測量模塊共用一個(gè)控制邏輯模塊和隨機(jī)存儲(chǔ)器。參見圖1a所示,時(shí)延差分測量模塊2A、2B、……和2N用來監(jiān)測集成電路中的關(guān)鍵路徑。通過調(diào)整時(shí)延差分測量模塊中選擇器的“0”和“1”,并觀察該模塊輸出變化,從而獲得監(jiān)測的關(guān)鍵路徑的時(shí)延長度。同時(shí)公開了一種基于片上差分時(shí)延測量系統(tǒng)及的回收集成電路識(shí)別方法,其測量方法有六個(gè)步驟。該方法通過片上時(shí)延差分測量模塊,精確獲得各頻繁使用的關(guān)鍵路徑的時(shí)延變化。并使用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法,比較各路徑的時(shí)延變化分布,最終識(shí)別出回收翻新集成電路。本發(fā)明設(shè)計(jì)的片上差分時(shí)延測量系統(tǒng)測量精度較高、易集成、生產(chǎn)測試成本低、受工藝不確定性影響小,同時(shí)本發(fā)明提出的回收集成電路識(shí)別方法具有測試時(shí)間短、識(shí)別度高等優(yōu)點(diǎn),降低回收集成電路對整個(gè)集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的影響。(二)集成電路芯片中的監(jiān)測路徑選擇:關(guān)鍵路徑一般指集成電路內(nèi)部具有最長延時(shí)的路徑,在本系統(tǒng)中,選擇那些老化速度快,即受NBTI和HCI影響較大的關(guān)鍵路徑。路徑老化速度越快,時(shí)延惡化幅度ΔT越大,從而易識(shí)別出經(jīng)歷短時(shí)間老化的電路?;诖耍鶕?jù)以下兩個(gè)原則來選擇監(jiān)測路徑:(i)包含更多老化速度快的門電路,(ii)更多“0”出現(xiàn)同時(shí)翻轉(zhuǎn)更頻繁。大量的“0”會(huì)使PMOS受到更嚴(yán)重的NBTI退化影響,同時(shí)愈頻繁的翻轉(zhuǎn)會(huì)增加門電路的HCI退化影響。具體來說,對于工藝庫中不同類型的門電路,仿真確定老化速度快的門電路。至于第(ii)點(diǎn),通過在關(guān)鍵路徑中,添加不同的輸入向量組合,計(jì)算出在一定時(shí)間內(nèi),關(guān)鍵路徑中每個(gè)門所經(jīng)歷“0”及翻轉(zhuǎn)活動(dòng)的平均個(gè)數(shù),從而統(tǒng)計(jì)出整條關(guān)鍵路徑的情況。需要指出的是,針對深亞微米工藝下NBTI比HCI更加嚴(yán)峻的現(xiàn)狀,首先考慮那些工作中出現(xiàn)更多“0”的關(guān)鍵路徑,其次是由更多老化速度快的門電路組成的路徑。參見圖1a所示,選取集成電路芯片中N條關(guān)鍵路徑(criticalpath)作為監(jiān)測路徑,如關(guān)鍵路徑A、關(guān)鍵路徑B、關(guān)鍵路徑C、……、關(guān)鍵路徑N。在圖1a中則將關(guān)鍵路徑A記為1A、關(guān)鍵路徑B記為1B、……關(guān)鍵路徑N記為1N。在本發(fā)明中,參見圖1a所示,在上述集成電路芯片上的N條關(guān)鍵路徑放置N個(gè)時(shí)延差分測量模塊,即針對關(guān)鍵路徑A設(shè)置的時(shí)延差分測量模塊記為第一個(gè)時(shí)延差分測量模塊2A;針對關(guān)鍵路徑B設(shè)置的時(shí)延差分測量模塊記為第二個(gè)電源噪聲峰值測量模塊2B;針對關(guān)鍵路徑N設(shè)置的時(shí)延差分測量模塊記為第N個(gè)電源噪聲峰值測量模塊2N。每個(gè)時(shí)延差分測量模塊的結(jié)構(gòu)是相同的。所述的N條關(guān)鍵路徑中的N個(gè)時(shí)延差分測量模塊共用一個(gè)控制邏輯模塊和隨機(jī)存儲(chǔ)器。(三)控制邏輯模塊在測量開始前,一些基本的配置參數(shù)通過串行或并行的方式寫入控制邏輯模塊中。這些配置參數(shù)包括測量開始內(nèi)部復(fù)位、使能端EN、BUF_SEL[m-1:0]等信號。在測量開始后,這些配置參數(shù)將傳遞到時(shí)延差分測量模塊中。(四)隨機(jī)存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)測量過程中,代表路徑長度狀態(tài)的控制信號,即n位BUF_SEL[n-1:0]信號。(五)任意一個(gè)時(shí)延差分測量模塊2N參見圖1b所示,任意一個(gè)時(shí)延差分測量模塊2N由上升沿生成結(jié)構(gòu)20A、被檢測路徑時(shí)延標(biāo)志生成結(jié)構(gòu)20B、差分路徑時(shí)延調(diào)整結(jié)構(gòu)20C構(gòu)成。其中,在測量過程中,當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘信號到來時(shí),通過上升沿生成結(jié)構(gòu)20A生成上升沿信號,傳遞到差分路徑時(shí)延調(diào)整結(jié)構(gòu)20C中,同時(shí)隨著系統(tǒng)時(shí)鐘的到來,在關(guān)鍵路徑輸出端也會(huì)產(chǎn)生上升沿或下降沿信號,進(jìn)入到差分路徑時(shí)延調(diào)整結(jié)構(gòu)20C中。此時(shí),通過調(diào)整時(shí)延差分測量模塊中選擇器的“0”和“1”,并觀察該時(shí)延差分測量模塊輸出變化,從而獲得監(jiān)測的關(guān)鍵路徑的時(shí)延長度。上升沿生成結(jié)構(gòu)20A如圖1b所示,上升沿生成結(jié)構(gòu)20A由一個(gè)與非門和一個(gè)觸發(fā)器FF1構(gòu)成,與非門的輸入端為系統(tǒng)復(fù)位,和控制邏輯模塊輸出的控制復(fù)位信號共同組成,輸出端接入到觸發(fā)器FF1的置“0”端,同時(shí)觸發(fā)器FF1的輸入D端始終接電源端。在測試開始前,先對觸發(fā)器FF1進(jìn)行置“0”。在測試模式下,當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘上升沿到來時(shí),觸發(fā)器FF1自動(dòng)生成上升沿,進(jìn)入到差分路徑時(shí)延調(diào)整結(jié)構(gòu)20C中,最后作為模塊內(nèi)觸發(fā)器FF2的D輸入端。被檢測路徑時(shí)延標(biāo)志生成結(jié)構(gòu)20B如圖1b所示,被檢測路徑時(shí)延標(biāo)志生成結(jié)構(gòu)20B由一個(gè)緩沖器和一個(gè)異或門構(gòu)成,連接在關(guān)鍵路徑和觸發(fā)器FF2之間。在測試模式下,當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘上升沿到來時(shí),在關(guān)鍵路徑的輸出端產(chǎn)生上升沿或下降沿信號,經(jīng)過被檢測路徑時(shí)延標(biāo)志生成結(jié)構(gòu)20B后,生成一個(gè)脈沖信號,進(jìn)入到差分路徑時(shí)延調(diào)整結(jié)構(gòu)20C中,作為模塊內(nèi)觸發(fā)器FF2的時(shí)鐘端。差分路徑時(shí)延調(diào)整結(jié)構(gòu)20C如圖1b所示,差分路徑時(shí)延調(diào)整結(jié)構(gòu)20C由n個(gè)緩沖器對,n個(gè)選擇器和1個(gè)觸發(fā)器FF2構(gòu)成。其中緩沖器對為兩個(gè)不同時(shí)延的第一緩沖器和第二緩沖器組成,通過調(diào)整選擇器的“0”和“1”,可選擇不同的緩沖器,從而獲得不同差分路徑的時(shí)延,最后進(jìn)入的上升沿信號輸出到觸發(fā)器FF2的輸入端。最后,n個(gè)選擇器的選擇信號組成n位BUF_SEL[n-1:0],作為路徑長度狀態(tài)的控制信號。根據(jù)時(shí)延差分測量模塊設(shè)計(jì),當(dāng)其時(shí)延小于關(guān)鍵路徑時(shí)延時(shí),觸發(fā)器FF2輸出為“1”,而其時(shí)延大于關(guān)鍵路徑時(shí)延時(shí),觸發(fā)器FF2將輸出“0”。在測試過程中,通過輸入BUF_SEL[n-1:0],單調(diào)增加差分時(shí)延測量模塊時(shí)延,在觸發(fā)器FF2輸出由“1”變?yōu)椤?”時(shí),即表明差分時(shí)延測量模塊時(shí)延與關(guān)鍵路徑時(shí)延相當(dāng)。在測量結(jié)束后,將每次得到的BUF_SEL[n-1:0]信號進(jìn)行儲(chǔ)存。最后,比較測量前后存儲(chǔ)器中,兩個(gè)BUF_SEL[n-1:0]信號中“0”變成“1”的比特?cái)?shù),從而得被測關(guān)鍵路徑的時(shí)延惡化程度。需要注意的是,緩沖器對中第一緩沖器和第二緩沖器的時(shí)延相差越小,本模塊對關(guān)鍵路徑時(shí)延惡化測量的敏感度越高。本時(shí)延差分測量模塊的抗老化設(shè)計(jì):由于本時(shí)延差分測量模塊是測量關(guān)鍵路徑在老化前后的路徑時(shí)延差,從而判斷是否為回收集成電路。因此,為保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性,本時(shí)延差分測量模塊就必須就有抗老化設(shè)計(jì)。如圖1a所示,為確保本系統(tǒng)的抗老化性,時(shí)延差分測量模塊中每個(gè)緩沖器都通過一個(gè)“開關(guān)”與電源、地端相連。在芯片正常工作模式下EN=0,整個(gè)系統(tǒng)不工作;在測試模式下EN=1,模塊中一部分門電路遭受NBTI的影響,且僅翻轉(zhuǎn)一次。由于測試時(shí)間為微秒級,故該老化效應(yīng)對整個(gè)測量系統(tǒng)來說可忽略不計(jì)。因此,整個(gè)差分時(shí)延測量系統(tǒng)幾乎不受老化效應(yīng)影響。本發(fā)明回收集成電路識(shí)別方法包括有下列步驟:識(shí)別步驟一,選擇監(jiān)測路徑。在關(guān)鍵路徑中,選擇那些老化速度快,即受NBTI和HCI影響較大的路徑。路徑老化速度越快,時(shí)延惡化幅度ΔT越大,從而易識(shí)別出經(jīng)歷短時(shí)間老化的電路?;诖?,我們根據(jù)以下兩個(gè)原則來選擇監(jiān)測路徑:(i)包含更多老化速度快的門電路,(ii)更多“0”出現(xiàn)同時(shí)翻轉(zhuǎn)更頻繁。大量的“0”會(huì)使PMOS受到更嚴(yán)重的NBTI退化影響,同時(shí)愈頻繁的翻轉(zhuǎn)會(huì)增加門電路的HCI退化影響。具體來說,對于工藝庫中不同類型的門電路,仿真確定老化速度快的門電路。至于第(ii)點(diǎn),通過在關(guān)鍵路徑中,添加不同的輸入向量組合,計(jì)算出在一定時(shí)間內(nèi),關(guān)鍵路徑中每個(gè)門所經(jīng)歷“0”及翻轉(zhuǎn)活動(dòng)的平均個(gè)數(shù),從而統(tǒng)計(jì)出整條關(guān)鍵路徑的情況。需要指出的是,針對深亞微米工藝下NBTI比HCI更加嚴(yán)峻的現(xiàn)狀,我們首先考慮那些工作中出現(xiàn)更多“0”的關(guān)鍵路徑,其次是由更多老化速度快的門電路組成的路徑;識(shí)別步驟二,設(shè)計(jì)差分時(shí)延測量模塊。由前面分析可知,為提升本系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和敏感度,圖1b中緩沖器應(yīng)當(dāng)選擇器件庫中時(shí)延差盡可能小的緩沖器。同時(shí),由于工藝不確定性的影響,還需通過蒙特卡洛仿真,通過正態(tài)分布擬合的方法,確定各自的時(shí)延差;識(shí)別步驟三,插入差分時(shí)延測量系統(tǒng)。由于本系統(tǒng)所占用的額外面積很小,所以同時(shí)監(jiān)測多條關(guān)鍵路徑。需要注意的是,差分時(shí)延測量模塊的擺放位置與所監(jiān)測的關(guān)鍵路徑,在版圖上應(yīng)盡可能接近;識(shí)別步驟四,記錄全新電路關(guān)鍵路徑時(shí)延。即在電路加工制造完成后,在第一次上電時(shí),通過本系統(tǒng)測量一次監(jiān)測的關(guān)鍵路徑長度信息,并將此次獲得的BUF_SEL[n-1:0]信號作為原始信號存儲(chǔ)到非揮發(fā)性隨機(jī)存儲(chǔ)器中;識(shí)別步驟五,訓(xùn)練新出廠電路判定邊界。電路出廠前,在制造缺陷和Burn-In測試過程中,會(huì)經(jīng)歷一定的程度的老化。因此,在上述測試完成后,應(yīng)重新收集關(guān)鍵路徑長度,并存儲(chǔ)BUF_SEL[n-1:0]信號。將出廠過程中形成的時(shí)延惡化(ΔT)作為樣本,通過SVM,訓(xùn)練出新出廠電路邊界函數(shù)。圖3給出了回收翻新集成電路與新出廠集成電路的時(shí)延惡化幅度的二維分布,以及訓(xùn)練出來的邊界示意圖。監(jiān)測路徑的數(shù)目多于2條時(shí),該圖可拓展為多維;測量步驟六,識(shí)別回收翻新集成電路。識(shí)別過程中,通過本系統(tǒng)測量待測關(guān)鍵路徑的時(shí)延長度,并獲得一組BUF_SEL[n-1:0],并與之前存儲(chǔ)的原始信號進(jìn)行對比,找到前后兩個(gè)信號中“0”變成“1”的比特?cái)?shù),從而確定待測電路的時(shí)延惡化程度,判斷是否在上一步訓(xùn)練出來的邊界函數(shù)或模型內(nèi),便可據(jù)此判定待測電路是否為回收集成電路;實(shí)施例1應(yīng)用本發(fā)明設(shè)計(jì)的時(shí)延差分測量模塊進(jìn)行的測試:本實(shí)驗(yàn)在28nm工藝庫下,采用ISCAS'89s9234、s38417和ITC'99b19基準(zhǔn)電路,通過HSPICE進(jìn)行仿真,溫度為25℃,電源電壓1.05V。蒙特卡洛仿真考慮10%介質(zhì)厚度,10%MOS管寬度,10%MOS管長度,和20%閾值電壓的工藝不確定性。此外,利用HSPICE提供的MOS管可靠性分析模型(MOSRA),設(shè)置TIT0,TTD0和TDCD等參數(shù),對基準(zhǔn)電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)老化仿真。最后與前面提到的文獻(xiàn)“Path-delayfingerprintingforidentificationofrecoveredics(用于識(shí)別回收集成電路的路徑時(shí)延“指紋”系統(tǒng))”和“Recycledicdetectionbasedonstatisticalmethods(基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)的回收集成電路識(shí)別方法)”進(jìn)行識(shí)別精度對比。差分時(shí)延測量模塊驗(yàn)證前文提到,圖1b中緩沖器1和緩沖器2時(shí)延差越小,ΔT測量靈敏度越高。本文對標(biāo)準(zhǔn)元件庫中5種類型緩沖器:NBUFFX2,NBUFFX4,NBUFFX8,NBUFFX16,NBUFFX32進(jìn)行蒙特卡洛仿真,以確定每個(gè)緩沖器的時(shí)延。仿真結(jié)果如圖4和表1所示,表1為各緩沖器時(shí)延均值。緩沖器類型緩沖器時(shí)延(ps)NBUFFX230.73NBUFFX435.21NBUFFX833.79NBUFFX1639.21NBUFFX3243.09表1從圖中可以看到,NBUFFX4,NBUFFX8的分布幾乎完全重合,無法直觀分辨。而NBUFFX2和NBUFFX8兩種緩沖器時(shí)延受制造不確定性影響最小,且平均時(shí)延差合理(分別為30.73ps和33.79ps)。因此,本系統(tǒng)采用上述NBUFFX2和NBUFFX8兩個(gè)緩沖器組成時(shí)延差分測量模塊。在此基礎(chǔ)上,對時(shí)延差分測量模塊進(jìn)行功能驗(yàn)證,如圖5所示。當(dāng)模塊路徑逐漸接近監(jiān)測的關(guān)鍵路徑時(shí),觸發(fā)器FF2輸出由“1”變?yōu)椤?”,結(jié)束本次測試并讀取存儲(chǔ)器中BUF_SEL[n-1:0]信號。同時(shí),對時(shí)延差分測試結(jié)構(gòu)的測量精度進(jìn)行驗(yàn)證??紤]到制造不確定性的影響,在隨機(jī)選取1個(gè)月至3年老化時(shí)間條件下,對三種基準(zhǔn)電路進(jìn)行蒙特卡洛和MOSRA仿真,本結(jié)構(gòu)測量誤差分布如圖6所示。由圖可見,時(shí)延測量誤差在0.3%-3%之間。對于被監(jiān)測路徑長度均值為4.877ns的b19誤差在0.3%以內(nèi)。而對于被監(jiān)測路徑長度均值為487.8ps和724.2ps的s9234和s38417誤差也在3%以內(nèi)(即小于15ps)。因此,對于老化后的關(guān)鍵路徑,本結(jié)構(gòu)測量精度高,受制造不確定性影響小。新出廠電路識(shí)別邊界訓(xùn)練在t1至t6為1個(gè)月、2個(gè)月、6個(gè)月、1年、2年、3年,6個(gè)使用時(shí)間節(jié)點(diǎn)下,本系統(tǒng)測得的關(guān)鍵路徑時(shí)延惡化ΔT如圖7a、8a、9a所示。由圖可見,除t2外,t1時(shí)刻的時(shí)延差分布與其他時(shí)刻的分布區(qū)分明顯。此外,隨著老化時(shí)間的增加,擬合曲線的方差越來越大。這是由于芯片間工藝不確定性的存在,導(dǎo)致關(guān)鍵路徑的老化速率不同導(dǎo)致的。因在電路出廠前,通常要進(jìn)行瑕疵和Burn-In測試,因此在識(shí)別邊界的訓(xùn)練過程中,我們選用t1時(shí)刻,即老化時(shí)間為1個(gè)月的數(shù)據(jù)作為新出廠樣本。通過支持向量機(jī),選用徑向基函數(shù)作為訓(xùn)練內(nèi)核(RBFKernel),得到的識(shí)別邊界如圖7b、8b、9b所示。下圖中,我們選用2維SVM,即在每一個(gè)芯片上選用兩條關(guān)鍵路徑,本方法同樣適用于多維SVM。為驗(yàn)證本方法,我們隨機(jī)生成200個(gè)老化時(shí)間tk<t≤tk+1(k=1,3,..5)老化程度的,以及200個(gè)t≤t1老化程度的,且?guī)в须S機(jī)制造不確定性的回收集成電路,進(jìn)行識(shí)別驗(yàn)證。表2給出了在3個(gè)基準(zhǔn)電路中,識(shí)別t2到t6老化程度的回收集成電路準(zhǔn)確率。從表中可以看出,本系統(tǒng)對使用時(shí)間在2個(gè)月以上的回收翻新集成電路具有97%的識(shí)別率。表2下表3給出了,針對300個(gè)老化時(shí)間0-3年不等的s38417電路,在相同實(shí)驗(yàn)條件下,本方法與“Path-delayfingerprintingforidentificationofrecoveredics(用于識(shí)別回收集成電路的路徑時(shí)延“指紋”系統(tǒng))”(采用路徑時(shí)延)和“Recycledicdetectionbasedonstatisticalmethods(基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)的回收集成電路識(shí)別方法)”(采用降級曲線)方法的識(shí)別精度對比,考慮掃描輸出時(shí)間。可見,相較于“Path-delayfingerprintingforidentificationofrecoveredics(用于識(shí)別回收集成電路的路徑時(shí)延“指紋”系統(tǒng))”,本方法通過增強(qiáng)時(shí)延測試精度,分辨率獲得了有效的提升。同時(shí),避免了“Recycledicdetectionbasedonstatisticalmethods(基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)的回收集成電路識(shí)別方法)”需要的較長老化時(shí)間。最后,本系統(tǒng)在每個(gè)基準(zhǔn)電路中所占有的額外面積百分比如表4所示。s38417本方法路徑時(shí)延降級曲線識(shí)別率99.0%87.7%99.0%測試時(shí)間130us100us>30min表3基準(zhǔn)電路s9234s38417b19額外面積1.7%0.34%0.15%表4當(dāng)前第1頁1 2 3