【芯片设计】sram的一次选型与优化之旅

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本篇没有与工艺、厂商、工具以及实际操作相关的信息，单纯记录一下sram选型优化的一些思路。之前一直没有亲自动手去生成过sram，都是有专门人负责收集大家的需求（不妨称之为ram管理员吧）而后统一生成各种选型的ram甚至wrapper（就是上一篇文章提到的ram wrapper），大家再拿过来用就好了。而这次是必须要亲自上手，根据需求在种类繁多的sram型号和大小里选出最合适那款。讲真，确实是一次很有意义的经历，弥补了一直来的空缺。
ram选型的第一步自然是要有需求，假设现在的需求是宽度x深度=MxN的单口spram。有需求之后，就开始根据实际场景来进行ram选型了。一块ram和其他的ip一样关注的无非就是五个维度：P(performance) P(power) A(area) T(timing)加上是否能够实现R(realizability)。
Performance性能在ram这里其实不是很好体现，因为正常符合功能需求的ram型号都不会有性能问题（接口位宽都固定，ram那个接口也不可能阻塞上游），所以有凑数的嫌疑但毕竟PPA都是在一起聊的。如果非要把哪一项归在这类中，可以将“一拍内是否可以完成读写”算进去，即ram的最小读写周期（即理论最快时钟频率）。每个ram都有一个最小的读写周期（双口会有读写两个），即ram处理一笔读或写所需的极限时间，如果时钟频率高于这个时钟频率的话那就需要两拍才能出数据（这个时间是个物理时间要求，必须满足的那种）。因此如果最小读写周期不满足，可能会对整体的性能有影响，故而放在这里也未尝不可。这个值去哪找呢？只需要在生成ram时同时生成其datasheet，而后在里面找tcyc或者trcyc、twcyc之类的关键词就能查到了，单位默认为ns。最后一个问题，如果查到了最小周期为1ns，那此时接1GHz时钟可以满足每拍处理请求么？大抵是不行的，怎么也有有个10%以上的裕量，也就是1.1ns最快接900MHz的时钟频率。
Power功耗，这里主要关注了两个指标（不确定是不是有更多啊这次我没关注到）电压阈值和漏电流大小。电压阈值的选择而言，必然是优先SVT，SVT搞不定再上LVT实在不行了再考虑ULVT。这个跟综合时后端修时序路径的思路相似，优先使用在性能和功耗之间较为平衡的SVT标准电压阈值器件（不确定默认是SVT还是HVT了，好像是SVT），时序上实在搞不定了再换性能更好功耗更大的LVT甚至ULVT器件。所以就有那句名言嘛：后端就像海绵里水，再压一压总能帮你把时序搞定。电压阈值也会直接关系到漏电流大小，进而造成功耗大小的差别。在datasheet中以leakage current为关键词就可以查到ram的漏电流大小从而比对不同选型的功耗差异。
Area面积这个主要和存储密度相关联，所以在选型时优先选择hd标记即High Density类型的ram，如果想进一步对比不同选型ram面积的大小，就在datasheet中以Area为关键字查看下具体的面积，单位默认为μm^2。
Timing时序，刚刚所述的最大时钟频率也可以算作时序维度的一部分，另外两个需要关注的就是setup_rising建立时间要求和C2Q延时大小。关于这一点，在之前的一篇文章中有更加清晰的例子。
这个例子里就是心仪选型ram的C2Q太大而引发的后续补救工作，如果这个补救不能被后端接收，那么就要再次换型。输入端口的setup_rising和输出端口C2Q大小在datasheet中都有查找表，可供量化查询。
Realizability可实现性，即使上面几点都协调好了，也很有可能会发生输入指定大小MxN以及Multiplexer Width之后，工具很可能会告诉你“啊不行啊，这个mux支持的深度or宽度区间是xxxx~yyyy，请更换更大的mux吧”。你照做之后，它再告诉你“这个型号支持的最大mux是zz，不支持你输入的大小”，woc就不能一次把信息抛全么。所以这个时候也就清楚了，最爱的这个组合ram是生成不出来了。所以怎么办呢，要么换型号要么进行ram拆分，比如拆成两块Mx(N/2)或(M/2)xN或者进一步的向下拆分。优先选择拆宽度，这样在内部只需要进行信号的拆分和拼接，而不需要进行选择。
最后画图鬼才必须画张图，完美结束本篇。

补充一条原文的评论：“mulit rail的ram如果要支持多电压场景，注意下 margin config pin的切换时序。”

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