Tessent DFT实战：用Graybox技术破解大型SoC设计的ATPG内存困局

当一颗集成了数十亿晶体管的SoC芯片进入测试阶段，DFT工程师们常常面临这样的窘境：运行全芯片ATPG分析时，服务器内存被瞬间榨干，工具运行时间以天为单位计算。这种资源消耗的指数级增长，已经成为制约复杂芯片测试效率的首要瓶颈。本文将揭示如何运用Tessent的Graybox技术，像外科手术般精准剥离冗余逻辑，实现ATPG分析的"瘦身革命"。

1. Graybox技术本质与工程价值

在传统分层ATPG流程中，每个子模块的完整网表就像装满零件的工具箱，而顶层分析时我们可能只需要其中的几把螺丝刀。Graybox技术的核心思想正是：保留接口功能所需的最小逻辑集，将子模块转化为仅含包装链（wrapper chain）和接口逻辑的轻量化模型。

1.1 技术原理深度解析

• 逻辑精简机制：通过反向追踪从主I/O和包装链出发，自动识别保留逻辑
• 内存节省原理：消除内部组合逻辑和未使用的时序元件，减少工具需要维护的故障列表
• 典型压缩效果：

  模块类型	门级数量	故障数量	内存占用
  完整网表	2.8M	4.1M	32GB
  Graybox模型	0.4M	0.6M	4.2GB
  压缩比例	85.7%	85.4%	86.9%

提示：Graybox并非简单的网表删减，其保留了完整的时序路径特性，确保延迟测试的准确性

2. 实战配置：从零构建Graybox模型

2.1 环境准备关键步骤

# 设置分析模式与外部模式约束 set_system_mode analysis add_input_constraints scan_en_out -C1 ;# 保持输出包装链使能 add_clocks 0 clk -period 10 ;# 定义测试时钟

2.2 包装链定义技巧

• 链结构优化原则：
  1. 优先使用物理相邻的扫描单元组成链
  2. 控制单链长度在200-500FF之间平衡时序与面积
  3. 对跨电压域链需插入电平转换单元

# 多电压域包装链配置示例 add_scan_groups grp1 -voltage_domain VDD1 add_scan_chains chain1 grp1 \ [get_pins submodule/scan_in] \ [get_pins submodule/scan_out] \ -level_shifter_buffer buf_1v8_3v3

2.3 灰盒生成进阶参数

analyze_graybox -preserve_instances [get_cells occ_ctrl*] \ -exclude_cells [get_cells analog_*] \ -depth 3

注意：-depth参数控制逻辑追踪深度，值过大会降低压缩率，过小可能导致接口逻辑缺失

3. 复杂场景下的Graybox应用策略

3.1 含EDT逻辑模块的处理

当子模块采用EDT压缩技术时，需特别处理通道接口：

# 标记核心链EDT通道为忽略 set_attribute_value edt_channels_out[3-8] \ -name ignore_for_graybox -value true # 保留包装链相关EDT逻辑 analyze_graybox -preserve_instances edt_wrapper_ctrl

3.2 与Tessent OCC的协同设计

片上时钟控制器(OCC)需要特殊处理以保持时钟完整性：

1. 在preserve_instances中包含所有OCC单元
2. 配置时钟约束时区分功能时钟和测试时钟
3. 对OCC使能信号添加适当约束

# OCC时钟约束示例 add_clocks 0 func_clk -group functional add_clocks 0 test_clk -group test \ -waveform {0 5} -period 10

4. 效能对比与调优实战

4.1 7nm SoC实测数据

在某7nm移动SoC项目中，采用Graybox技术后：

• 资源消耗：
  • 峰值内存从248GB降至31GB
  • 磁盘占用从1.2TB缩减到180GB
• 运行时间：

  阶段	原始时间	Graybox时间	加速比
  故障分析	14.5h	2.1h	6.9x
  模式生成	28h	3.7h	7.6x
  全流程	52h	6.8h	7.6x

4.2 参数调优黄金法则

1. 内存-精度平衡：
   • 对时序关键模块设置-depth 2
   • 纯组合逻辑接口用-depth 1
2. 增量式处理：

   # 分阶段处理超大规模模块 analyze_graybox -blocks {sub_A sub_B} -incremental write_design -graybox -output subAB_gray.v analyze_graybox -blocks {sub_C sub_D} -incremental

3. 结果验证要点：
   • 比较Graybox与完整网表的接口时序报告
   • 检查包装链移位覆盖率是否达标
   • 验证测试模式在RTL仿真中的一致性

5. 避坑指南：Graybox实施中的常见陷阱

案例1：某AI加速芯片在Graybox流程后出现测试覆盖率下降

• 根因分析：未保留时钟门控使能路径
• 解决方案：

  set_attribute_value [get_cells clk_gate*] \ -name in_graybox -value true

案例2：汽车MCU项目顶层ATPG出现时序违例

• 调试过程：
  1. 检查Graybox保留的时序路径
  2. 发现跨电压域缓冲器被错误剔除
  3. 添加保留约束：

  analyze_graybox -preserve_cells [get_cells iso_*]

案例3：5G基带芯片Graybox模型导致模式数量激增

• 优化方法：
  • 调整-depth参数从默认值4改为2
  • 显式保留关键控制路径：

  set_attribute_value [get_nets reset_ctl*] \ -name in_graybox -value true

在最近一次3D堆叠芯片项目中，通过组合应用Graybox和层次化ATPG技术，我们将原本需要512GB内存的全芯片分析任务分解为多个仅需64GB的子任务，整体测试开发周期从6周压缩到9天。这种方法的真正威力在于，它让DFT工程师在面对摩尔定律带来的复杂度增长时，拥有了可扩展的解决方案。