如何解析TSMC带POCV的lib中时序弧与偏差参数？

Question

在解析TSMC提供且包含POCV（Parametric On-Chip Variation）信息的Liberty库文件时，一个常见技术问题是：如何准确提取和理解时序弧（timing arc）中与POCV相关的上升/下降延迟及互连延迟的偏差参数（sigma值）？由于TSMC的Lib文件通常采用复杂分段式lookup_table表达POCV，不同工作条件、工艺角和信号过渡时间下对应的均值与标准差耦合紧密，导致在静态时序分析（STA）中难以正确映射max/min路径的裕量。此外，工具默认设置可能忽略POCV表中的上下行分离偏差，造成时序签核过于乐观。如何结合ICC2或Tempus等工具正确解析并启用这些细粒度偏差参数，成为精准建模片上变异的关键挑战。

Answer 1

一、POCV基础概念与Liberty库中的表达形式

在先进工艺节点（如7nm及以下），片上参数变异（Parametric On-Chip Variation, POCV）已成为静态时序分析（STA）中不可忽视的因素。TSMC提供的Liberty库文件通过library中的timing和poesd（或poesd_cell_rise/poesd_cell_fall）等属性，以分段式lookup_table方式建模延迟的均值与标准差（sigma）。这些表通常按输入转换时间（transition time）和输出负载进行索引。

例如，一个典型的POCV延迟表结构如下：

        poesd_cell_rise (
            "poesd_tm10_tt_0p75v_25c" 
        ) {
            index_1 ("0.01, 0.12, 0.24"); // input transition
            index_2 ("0.005, 0.015, 0.030"); // output load
            values (
                "0.028:0.003, 0.030:0.004, 0.033:0.005",
                "0.042:0.006, 0.045:0.007, 0.049:0.008",
                "0.058:0.009, 0.062:0.010, 0.067:0.012"
            );
        }
    

其中每个数据项格式为“mean:sigma”，冒号前为均值延迟，后为对应的标准差。这种耦合表达要求工具在解析时必须分离出mean与sigma用于后续的max/min路径计算。

二、常见技术问题剖析

• 问题1：工具默认忽略POCV sigma信息 —— 某些旧版本ICC或未正确配置的Tempus可能仅使用mean值，导致时序签核忽略变异裕量。
• 问题2：上升/下降延迟偏差未分离处理 —— TSMC库中rise与fall的sigma值不同，但若工具统一使用单一偏差模型，则悲观度过高或过低。
• 问题3：lookup_table分段非线性插值误差 —— 当工作点位于index边界之间时，线性插值可能导致sigma估计失真。
• 问题4：工艺角映射错误 —— 不同PVT条件下POCV参数不同，若角设置不匹配，会导致偏差模型错位。
• 问题5：互连延迟POCV缺失或简化 —— wire load model或AEC段可能未启用POCV，造成net delay变异建模不完整。

三、POCV解析流程与关键技术步骤

1. 读取Liberty库并确认支持POCV语法（如poesd_*或advanced_driver_waveform_*）
2. 检查工艺角命名一致性（如tt_0p75v_25c是否与运行环境匹配）
3. 启用工具级POCV开关：
   在Tempus中：set_timing_derate -disable 并启用 set_use_pocv true
4. 验证timing arc是否包含独立的rise/fall POCV表
5. 使用report_lib -timing命令提取特定cell的POCV表数据
6. 确认工具是否自动分离mean/sigma并在derate计算中应用
7. 对关键路径执行report_timing -input_pins -transition_time验证过渡时间匹配
8. 启用set_propagated_clock确保clock path同样受POCV影响
9. 运行multi-corner multi-mode（MCMM）场景，确保各corner使用对应POCV模型
10. 导出STA报告并比对有无POCV开启时的slack差异

四、工具配置对比表（ICC2 vs Tempus）

功能	ICC2 配置	Tempus 配置
启用POCV	set_app_var timing_enable_pocv true	set_use_pocv true
关闭timing derate	set_timing_derate -disable	set_timing_derate -disable
查看POCV表	report_lib -timing -verbose	report_lib -timing -include_pocv
指定POCV模型文件	内嵌于lib，无需额外指定	可通过read_pocv外挂模型
上升/下降分离支持	支持（需lib含separate rise/fall pocv）	原生支持，自动识别
互连延迟POCV	有限支持，依赖wire model	支持via AEC + net-based pocv
MCMM兼容性	需手动绑定corner	自动关联scenario与POCV model
调试命令	get_timing_path -type pocv	report_pocv_statistics

五、Mermaid流程图：POCV解析与STA集成流程

        graph TD
            A[加载TSMC Liberty库] --> B{库含POCV表?}
            B -- 是 --> C[启用工具POCV模式]
            B -- 否 --> D[警告：退化为传统derate]
            C --> E[解析rise/fall sigma分离表]
            E --> F[构建mean+3sigma/max与mean-3sigma/min]
            F --> G[应用于arrival time计算]
            G --> H[结合SDF反标或on-the-fly分析]
            H --> I[生成带POCV裕量的时序报告]
            I --> J[比较开启前后slack变化]
            J --> K[确认关键路径稳健性提升]
    

六、高级实践建议与调试技巧

为确保POCV正确生效，建议采取以下措施：

• 使用link_library和target_library明确指向含POCV的.lib文件
• 通过check_timing -verbose检查是否存在“unconstrained path”或“missing POCV”警告
• 对关键寄存器路径执行report_timing -path_type full -delay_type min_max，观察min/max延迟是否因sigma拉大而增加
• 在Tempus中启用set_debug pcv 1可输出POCV内部计算日志
• 对于自定义IP或第三方库，若缺乏POCV表，可采用set_timing_derate作为临时替代，但应尽快获取完整模型
• 定期与Foundry提供的POCV白皮书对照，验证模型更新版本的一致性
• 在sign-off流程中，保留两套报告：一套关闭POCV用于回归比对，一套开启用于最终签核