数字IC高手必看：华大九天 Liberal K库工具，破解定制单元的“特征密码”

（原标题：数字IC高手必看：华大九天 Liberal K库工具，破解定制单元的“特征密码”）

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在AI、大模型、智驾、物联网等技术持续演进的推动下，芯片设计正加速迈入“高度定制化”时代。过去那种依赖标准单元构建大规模芯片的模式，已难以满足日益精细化、场景化的设计诉求。

为了在面积、功耗与性能之间找到更优平衡，越来越多设计团队开始引入非标准单元/定制单元——如高速CDC（时钟域跨越）模块、脉冲锁存器、动态寄存器、多输入线与latch等，用于打破传统架构限制，实现更具针对性的系统优化。然而，定制设计的灵活背后，也带来了新的挑战。非标单元因其结构多样、行为复杂，给EDA工具的建模能力提出了更高要求。尤其在芯片开发过程中，K库（Library Characterization）特征提取这一关键环节，正成为影响设计进度与成品可靠性的“隐形引擎”。

小知识

如果说标准单元库是功能搭建的“乐高积木”，那么K库就是赋予这些积木真实物理行为的特征化“基因图谱”。它通过高精度仿真提取时序、功耗、噪声等关键参数，生成Liberty格式模型文件，为时序收敛、逻辑验证与性能优化提供坚实支撑。

在K库的EDA工具方面，华大九天推出的Liberal产品，以其高效精确的特征化提取能力，AI智能化技术和全面的单元库质量验证功能，构建了业界领先的全栈式K库解决方案，其K库对象包括标准单元Standard Cell，IO，Memory和混合IP等，签核Signoff级别输出，全方位“K库”+“验库”工具链(包括Qualib质量验证工具、XTime高精度时序仿真分析工具以及Liberty Python API接口等)，同时支持CPU和GPU平台。更多请点击查看。

越定制，越考验K库工具的能力。正是在这一背景下，华大九天Liberal产品针对客户的定制非标准单元更是提出了有力解决方案，用高效率高精度的签核（Signoff）标准为先进工艺的复杂设计保驾护航。下文将围绕几类常用的非标准单元电路，一起看Liberal如何为芯片设计注入新动能。

高速CDC单元

在多时钟域芯片设计中，数据传输的亚稳态问题如同隐藏的 “定时炸弹”，随时可能引发系统错误。高速 CDC（Clock Domain Crossing）单元应运而生，它采用两级或多级锁存器流水线设计，就像为数据搭建了一座坚固的“跨时钟桥梁”，确保数据在不同时钟域之间实现安全、可靠的传输。

然而，对高速CDC单元进行K库特征化提取并非易事。其亚稳态特征极易受工艺、电压、温度等复杂因素的干扰，因此需要极其精准的建模技术。任何微小的偏差，都可能在后续设计中埋下隐患，引发难以察觉的时序问题。

脉冲锁存器

脉冲锁存器打破传统时钟边沿触发的常规，利用窄脉冲进行数据锁存，大幅降低了功耗，在追求低功耗的芯片设计中备受青睐；在高速设计中还可以利用latch的特性实现timing-borrow。它的工作原理类似于用“短脉冲快门”捕捉数据瞬间，在合适的脉冲宽度内，数据被精准锁存。

但这种创新设计也带来了K库提取的难题。脉冲宽度的精确控制直接影响锁存器的性能，过宽或过窄的脉冲都会导致数据锁存错误,其鲁棒性不好，且该脉冲脉宽需要满足一个最小脉宽要求。同时，如何准确捕捉其时序窗口，成为 K 库建模必须攻克的难关。

动态寄存器

动态寄存器采用电容存储状态，相比静态寄存器，面积小、功耗低。由于电容存储存在泄漏，状态不能一直保持，需要定时更新。

动态寄存器的形式有多种，以上图为简单例子来做介绍。它实际相当于两个master和slave两个latch构成的DFF。Master latch在cp=0时采样，此时Slave latch保持之前状态；cp从0变为1时，Master latch采样关闭，依赖电容保持采样的结果，而Slave latch采样通路工作，寄存器通过Q输出锁存结果，由此实现上升沿触发寄存器功能。因为Master latch靠电容存储，对时钟有一定要求。

动态寄存器的K库提取充满挑战：其电荷保持时间和动态节点对噪声的敏感性极高，任何微小的干扰都可能影响数据传输的准确性。在K库建模时，需要全方位考虑各类噪声因素，以确保模型的准确性。

多输入线与latch

在定制电路中广泛应用的多输入线与latch单元，其结构包含多个数据采样输入，采样结果经线与操作后，由一个保持电路维持稳定状态。这类单元结构紧凑而规整，在定制化电路设计中占据着不可替代的重要地位。

然而，它的K库建模任务也充满复杂性与挑战性。其一，该单元的逻辑功能高度依赖于各个输入信号的时序关系与电平状态；其二，由于其内部存在多个采样路径的线与逻辑组合，导致时序分析变得极为复杂；其三，保持电路的稳定性对噪声极为敏感。这些都要求K库提取工具具备极高的精度与灵活性，能够全面、细致地捕捉并量化不同场景下的特性变化，从而生成准确反映其行为的模型。

Liberal：给非标准单元K库增添翅膀

面对用户先进工艺下的定制非标准单元K库难题，Liberal更是交出了一份亮眼答卷。Liberal基于先进的算法和高效的仿真引擎，为客户提供全方位的精准解决方案。其自动生成的仿真激励高度契合客户预期，过程控制与输出控制精细入微，能够精准的反应PVT的波动影响，能够全方位考虑各种噪声因素，通过海量数据模拟和智能分析，K库的准确性得到有力保障。

Liberal工具结果精准、满足Signoff级别；上手容易、流程规范。同时，在效率方面，Liberal 凭借强大并行处理能力和自动化流程，大幅缩减了K库时间。无论是复杂的定制化非标准单元，还是大规模标准单元库，均能实现高效与高精度的完美统一。

客户案例：高性能芯片定制单元的K库突围

在尚未引入 Liberal K 库之前，诸多客户在高性能芯片设计的构建进程中，对于定制化设计K库，面临重重挑战。例如，某知名芯片厂商在研发新一代高性能芯片时，采用了大量定制单元，K库提取成为项目推进的关键瓶颈。传统工具不仅耗时耗力，而且在极端定制化场景下，流程繁琐与精度损失的问题尤为突出。

自从引入 Liberal K 库后，华大九天的专业技术支持团队便携手客户，精心构建了一套贴合项目需求的标准化流程，并量身定制了精准适配的参数设置。原本棘手的问题迎刃而解，在保证K库质量的前提下，效率大幅度提升，最终保障客户K库文件如期交付，赢得客户高度认可。

结语

在先进芯片设计愈发追求“定制化、高可靠、高效率”的今天，K库特征提取早已不仅是工具链中的一个环节，而是决定设计成败的关键一环。特别是在面对非标准单元时，其建模精度和提取效率更直接关系到芯片性能、功耗、良率，甚至能否如期流片。作为应对这一挑战的前沿方案，华大九天Liberal不仅在标准单元领域表现出色，更以卓越的非标K库能力，持续助力众多客户加速设计验证、提升模型质量、缩短产品周期。

展望未来，随着工艺节点不断演进，非标设计日益常态化，Liberal将继续推动K库提取技术向更智能、更高效、更精准的方向发展，为中国芯片产业注入持续突破的核心动能。

若您正在寻找适用于定制单元的K库解决方案，不妨深入了解Liberal，可发送邮件至：info@empyrean.com.cn邮箱，助您开启高效芯片设计的新篇章。

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