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Author verified by published 2026-10-19 04:20 UTC updated 2026-10-19 04:47 UTC 9 views

RedHawk 动态 IR drop 报告怎么读:文件、指标与术语表

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RedHawk 动态 IR drop 的结论看四处:日志的 Worst Dynamic Voltage Drop 表、Dynamic/{design}.dvd、Dynamic/layer_drop.rpt 和 power_summary.rpt——先用日志确认角与窗口,再用…

RedHawk 动态 IR drop 的结论看四处:日志的 Worst Dynamic Voltage Drop 表、Dynamic/{design}.dvd、Dynamic/layer_drop.rpt 和 power_summary.rpt——先用日志确认角与窗口,再用 .dvd 的 min_pg_tw 算压降百分比,用 layer_drop 定位到层。

0. 阅读顺序(照这个次序走,不会得出假结论)

步 看什么 目的
1 日志头的 TECH_FILE / SPEF / VCD / TEMPERATURE 确认这是哪个角,混合角的数字不可归因
2 日志的 Selection resolution / Time span selected / Sim Start-End 确认分析窗口;跨 run 比较前必须钉死窗口
3 日志 “Worst Dynamic Voltage Drop” 表 拿到 4 个汇总数:WIRE(VDD)、WIRE(VSS)、avgTW、minTW
4 Dynamic/{design}.dvd 逐实例的最坏电压,定位到具体 instance 与坐标
5 Dynamic/layer_drop.rpt 判断压降堆在哪一层(局部瓶颈 vs 全局网格)
6 power_summary.rpt 核对功耗/频率域是否合理,窗口长度的推荐值
7 Error/、Warn/、*.unconnect、noTiming 确认这次运行本身有效

redhawk -b 的退出码恒为 0,不能用来判定成功;判有效性只看有没有 PWR-330 / ANL-013 / GEN-010,以及 adsRpt/Error/redhawk.err.<时间戳> 的内容。

1. 先钉角:数字离开角落配置就没有意义

一次动态 IR drop 结果由五件事共同决定,报告里必须能回答这五个:

维度 在报告/配置里的位置 常见取值
温度 日志 Temperature used for resistance extraction 125 °C(签核常用)
金属电阻角 GSR TECH_FILE *_rcmax.tech / *_rcmin.tech / *_typ.tech
信号网寄生角 GSR CELL_RC_FILE {design}_max.spef / _min.spef
波形 GSR VCD_FILE min.vcd(最坏功耗)/ max.vcd
窗口 日志 Sim Start Time / Sim End Time DYNAMIC_SIMULATION_TIME 是宽度,不是起止对

要点:

  • PG 网的 R 是 RedHawk 从 tech file 自己抽的(SPEF 只覆盖信号网),所以 tech 角几乎线性决定压降。实测同一波形、同一窗口只把 rcmax 换 rcmin,最坏压降可差 6~7 倍——tech 是第一变量,比窗口/VCD 都大。
  • VCD_FILE { SELECT_RANGE -1 -1 SELECT_TYPE WORST_POWER_CYCLE } 会让工具在整条波形上滑窗选最坏窗口;选中窗口写在日志里(Time span selected (A ~ B)),网格步长默认 = STA timing 里的最高频率的周期。
  • 用 START_TIME {ps} 钉死窗口后再做对比,否则每个变体被分到不同窗口,差异 30~40% 全是窗口造成的。
  • setup package/wirebond/pad -r 0 -c 0 -l 0 = 片外理想,没有 Ldi/dt,算出来的压降只是片上电阻性部分,是下限。

2. 结论行:Worst Dynamic Voltage Drop 表

日志里这段是给结论用的,逐行含义:

Type 含义 备注
WIRE (net=VDD) 全设计最坏的片上 PG 金属压降 对应 .dvd 的 min_vdd_tw 最小值
WIRE (net=VSS) 全设计最坏的地弹(ground bounce) 对应 .dvd 的 max_vss_tw 最大值
avgTW 窗口内总压降的平均值 判断是持续偏低还是瞬时尖峰
minTW / minWC 全设计最差的总压降 = 1.8 V − 最小 min_pg_tw 报“IR drop %”就用这个

两个必须自己做的校验:

  1. 自洽性:WIRE(VDD) + WIRE(VSS) ≈ minTW。实测一例 171.30 + 164.50 = 335.80 mV,与 minTW 335.68 mV 对得上,说明最坏点就是这两侧压降叠加的同一个位置。
  2. maxTW 不要当最坏值:同一份报告里实测 avgTW 297.02 mV、minTW 335.68 mV,而 maxTW 107.03 mV——三者口径不同,maxTW 明显偏小,报数时只用 minTW/minWC。

压降百分比口径(报给项目/客户时写清口径,否则差一倍):

IR_drop% = (Videal − min_pg_tw) / Videal
         = (1.800 − 1.4643) / 1.800 = 18.65%
  • 只算 VDD 侧:171.30 / 1800 = 9.52%
  • VDD + VSS(器件真正少掉的电压):335.68 / 1800 = 18.65%
  • eff_Vdd 列不是最差值,它是窗内平均口径

常见的 sign-off 习惯是动态 IR drop ≤ 10%(数字核心,视工艺/电压/产品而定),所以 18.65% 必须结合 min_pg_tw 与标准单元的最低工作电压一起判断,不能只看百分比。同时要说明这是片外理想的下限值。

3. Dynamic/{design}.dvd:逐实例数据,定位到点

列顺序(第 1 行是注释):

# loc_x loc_y eff_Vdd max_pg_tw min_pg_tw min_pg_sim max_pg_sim min_vdd_tw max_vss_tw domain inst_name
xxx.xx yyyy.yy 1.5466 1.7991 1.4643 1.4643 1.7994 1.6289 0.1645 VDD C_{n}_IBUF
列 含义 用法
loc_x loc_y 实例坐标(µm) 和版图对应,看是否聚集在同一行/同一块
eff_Vdd 窗内有效供电电压(平均口径) 趋势参考,不能当最坏值
max_pg_tw 窗内最大 PG 电压 一般接近理想值
min_pg_tw 窗内最小 PG 电压(TW 口径) 压降百分比就用它
min_pg_sim / max_pg_sim 仿真原始极值 与 _tw 不同说明窗口加权起了作用
min_vdd_tw 该实例 VDD 侧最低电压 与 1.8 差 = 该点电源线压降
max_vss_tw 该实例 VSS 侧最高电压 = 地弹 与 0 差 = 地弹量
domain / inst_name 电源域 / 实例名 按层次聚合找热点

实操(排序取最坏、看分布):

# 最坏的 10 个实例
grep -v '^#' {design}.dvd | awk '$5!="n/a"' | sort -k5,5g | head -10

# 分布:超过 10%/15%/20% 的实例数(比单个最大值更能说明是点问题还是面问题)
grep -v '^#' {design}.dvd | awk '$5!="n/a"{d=(1.8-$5)/1.8*100; if(d>10)a++; if(d>15)b++; if(d>20)c++} END{print a,b,c}'

经验判据:

  • 最坏 Top-10 全部落在同一行坐标 / 同一类实例(例如一排 IBUF)⇒ 是局部供电瓶颈,改局部 strap/via 就够。
  • 压降面状分布、top-10 分散 ⇒ 才是全局 PG 网格问题。
  • n/a 行 = 该实例没有 timing window(未覆盖 STA),数量要单独记;本例 14125 有数据、689 为 n/a。
  • 同实例同坐标跨 run 对比是最可靠的“同点对比”抓手(尤其当版图被换过、坐标会漂移时,要按实例名 + 最近坐标配对)。

4. Dynamic/layer_drop.rpt:是局部瓶颈还是全局网格

格式:#Layer Min_drop Max_drop,分 #TOP / Net VDD / Net VSS 三段。实测一例的最大压降:

Layer VDD max VSS max
M1 171.33 mV 164.54 mV
T1 73.22 mV 73.13 mV
M2 70.90 mV 70.91 mV
T2 55.48 mV 55.48 mV
M3 55.36 mV 55.36 mV

读法:

  • 最大压降集中在 M1(最下层) ⇒ 该点靠器件很近的段/过孔不够,属局部;上面几层加起来才 ~70 mV,说明主干网格没问题。
  • 逐层几乎均匀、上层也很大 ⇒ 全局网格/电源规划问题(strap 数量、宽度、pad 位置)。
  • layer_drop 与 .dvd 的 min_vdd_tw、max_vss_tw 可以互相校验:同一位置的数应当吻合。

5. power_summary.rpt:先证明“这次运行合理”

  • Recommended dynamic simulation time, {T} psec, to include {P}% of total power:跟随 STA 时钟(1/最高频率),与 VCD 无关。窗口远小于它时,功耗统计不完整。
  • 分频域/clock root/Vdd 域/单元类型的功耗拆分:用来核对 (a) 时钟网络占比是否离谱(本例 clock network 11.85 mW / 39.75 mW = 29.8%),(b) 是否有大块实例落在 NA*(未连电源或未归属 clock root),(c) #inst_count 是否符合预期。
  • 量级自检:Iavg = P_total / V。本例 39.75 mW / 1.8 V ≈ 22 mA,与动态 IR drop 里看到的电压分布量级对得上,才说明功耗喂进去了。

6. 其他文件什么时候看

文件 内容 场景
worst_power_cycle.rpt 按窗内平均功耗排名的前 500 个 cycle 确认选窗是否合理、第 2 名和第 1 名差多少
worst_dpdt_cycle.rpt 按 ΔP/cycle 排名 SELECT_TYPE WORST_DPDT_CYCLE 时用
worst.block.cycle.rpt 逐 cycle 平均功耗曲线 当“功耗波形”看,找活动突发
Dynamic/mcyc_effvdd.rpt、mcyc_rpt_time.rpt 逐实例、逐周期的有效 Vdd 与发生时刻 看最坏电压发生在窗口内哪个时刻
Dynamic/{design}.ipwr/.ivdd/.ignd 时间序列电流 峰值/平均值比(本例 peak/avg ≈ 1.5)
Dynamic/decaps.rpt decap 统计 判断电压跌落是否有本地储能支撑
{design}.noTiming、vcd_missing_nets 未覆盖 STA / VCD 未映射的网 覆盖率不足时,压降可能被低估
Error/ Warn/ 错误与告警 例如库温度越界(SLB-121)、tech file 缺 Tnom(TEC-065,会让该层温度效应被忽略)

7. 报数时必须一起给的三件事

  1. 口径:VDD 单侧还是 VDD+VSS;minTW(最坏)还是 avgTW(平均);_tw 还是 _sim。
  2. 角与窗口:温度 + tech + spef + VCD + 窗口(起止 ns)+ 时间步长。
  3. 片外是否理想:r/c/l = 0 就等于没有 Ldi/dt,结论要写成“片上电阻性下限”。

8. 常见坑(都是用真实数据换来的)

  • 换了 DEF/SPEF/GSR 却没注意 mtime,直接和上周的数字比大小 ⇒ 差异其实来自版图。改版后的对比必须重跑同一套角,并且核对最坏点的实例坐标是否还成立。
  • 用 eff_Vdd 当最坏值 ⇒ 报小了;用 avgTW 当最坏值 ⇒ 也报小了。
  • 只看 .dvd 最大值,不看分布 ⇒ 分不清“一个点坏了”还是“整片不够”。
  • 片外理想却按“含封装”的口径汇报 ⇒ 结论过于乐观;反之拿它当实测值也一样错。
  • VCD 的频率与 STA 声明的频率不一致(行为模型生成的时钟很常见),此时不要靠改 SDC 去迁就 VCD:VCD 驱动下修改 SDC 频率对 IR drop 几乎无影响,正确做法是在报告里写明“波形来自哪个模式/速率”,并补最坏/全速场景。

9. 术语与缩写表

9.1 物理量与概念

术语 含义 说明
IR drop 电流流过电阻造成的电压降 ΔV = I·R 电源网(VDD)上叫压降,地网(VSS)上升叫地弹
static IR drop 只算平均电流的电阻性压降 与开关活动无关,快,但偏乐观
dynamic IR drop 按时间变化的电流波形(VCD)仿真出的压降 含充放电瞬态,签核用这个
ground bounce 地网上的电压抬升(VSS 从 0 抬高) 与 VDD 压降一起决定器件实际电压
Ldi/dt 封装/走线电感引起的动态过冲 片外设 r=c=l=0 时为 0,压降被低估
droop 供电电压跌落(泛指) 报告里用 mV 或 % 表示
PG mesh / strap 电源地网格 / 电源条带 压降集中在 M1 时多半是 strap/via 局部不足
decap 去耦电容单元 抑制瞬时 droop
P/G pin 单元/宏的电源地引脚 与网格连接不良会造成局部高阻
sign-off 签核:用最坏角出结论 需要角、窗口、片外模型三者都说清

9.2 报告字段与特定缩写

缩写 全称/含义 在本报告里怎么用
.dvd dynamic voltage drop 报告 逐实例最坏/平均电压,定位热点
TW timing window *_tw 字段 = 按 timing window 加权后的值
min_pg_tw 窗内最小 PG 电压 算 IR drop % 就用它
max_pg_tw 窗内最大 PG 电压 一般接近理想电压,用来看波动范围
min_pg_sim / max_pg_sim 仿真原始极值(未按窗口加权) 与 _tw 差异说明窗口加权生效
min_vdd_tw 该实例 VDD 侧最低电压 1.8 − 该值 = 电源线压降
max_vss_tw 该实例 VSS 侧最高电压 该值 − 0 = 地弹
eff_Vdd 有效供电电压(窗内平均口径) 只能看趋势,不是最坏值
WIRE 只看片上 PG 金属的压降(不含器件/封装) 与 VSS 侧相加 ≈ 总压降
avgTW 窗口内总压降平均值 与 minTW 的差看“偶发尖峰 vs 持续偏低”
minTW / minWC 全设计最差总压降(worst case 口径) 业界“IR drop X%”通常指这个
maxTW 另一种口径的极值,数值可能小于 avgTW 不要拿它当最坏值
#TOP layer_drop 里 VDD/VSS 合并后的口径 与 Net VDD / Net VSS 两段对照
n/a 该实例无 timing window 统计覆盖率时必须单独计数
NA* 未归属任何 clock root 的实例汇总行 出现在 power_summary 的 clock root 表里
VCD / FSDB / VPD 值变化转储波形 / Verdi 波形格式 / 另一家波形格式 动态分析的激励来源
cycle selection 在长波形里自动挑最坏窗口 由 SELECT_TYPE 决定排序口径
WORST_POWER_CYCLE 按窗内平均功耗选窗(默认) 与 worst_power_cycle.rpt 对应
WORST_DPDT_CYCLE 按 ΔP/cycle 选窗 与 worst_dpdt_cycle.rpt 对应
grid size / Selection resolution 滑窗步长,默认 = 1/最高时钟频率 换 SDC 会连带换网格与选中窗口
presim 正式窗口前的预仿真 让网格/器件进入稳态
time step 动态仿真步长(如 20 ps) 越小越准越慢
window 分析窗口 = START_TIME + DYNAMIC_SIMULATION_TIME 对比实验必须钉死
DYNAMIC_SIMULATION_TIME 窗口宽度(单值) 写两个值会被当“第二个是宽度”,易报错
GSR RedHawk 的设置/命令脚本文件(.gsr) 角、波形、窗口都在里面
DEF / LEF / SPEF / DSPF 版图交换格式 / 库抽象 / 寄生参数 / 另一种寄生格式 DEF 换了版图就变了,别跨版本比数字
tech file 工艺文件(层、方阻、via、温度系数) RedHawk 用它抽 PG 网 R,头号变量
corner 角(rcmax / rcmin / typ) 必须与 spef、VCD 同角
APL 单元电流/功耗模型库(apl.current、apl.cdev、apl.pwcap) 决定单元级电流波形精度
STA / timing file / SDC 静态时序分析 / 时序库 / 约束文件 提供频率与 timing window
EM 电迁移 与 IR drop 同源(电流密度),常一起做
IBUF 输入缓冲单元 本例热点集中在一排 IBUF 上
FILLER / decap 填充单元 / 去耦电容单元 常在 IGNORE_CELLS 里被忽略功耗

Sources

  • RedHawk 19.0.3 User Manual(Ansys/Apache),动态电压降章节与 .dvd 报告格式说明
  • 实测数据:一次 1.8 V、1P3M 数字核设计(约 1.9 万实例)的 RedHawk 19.0.3 动态 IR drop 运行,125 °C、rcmax tech、max SPEF、min VCD、30 ns 窗口、20 ps 步长
  • 敏感度结论来自同角单变量对比实验(tech 角 / spef 角 / VCD / 窗口 / SDC 频率)
Sources
  • RedHawk 19.0.3 User Manual (Ansys/Apache), dynamic voltage drop 章节与 .dvd 报告格式
  • 实测:1.8 V / 1P3M 数字核(约 1.9 万实例),125 °C + rcmax tech + max SPEF + min VCD,30 ns 窗口 / 20 ps 步长
  • 同角单变量对比实验(tech / spef / VCD / 窗口 / SDC 频率)得到的敏感度排序
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