タイミング解析とは　信号がクロックの拍に間に合うかを確かめる作業、ソシオネクストは所要時間を5分の1以下に

タイミング解析は、チップの中の信号が、決められた時間に間に合って届くかを確かめる作業です。デジタル回路では、記憶の素子（フリップフロップ）がクロックの拍に合わせてデータを受け取ります。前の素子を出た信号が、論理回路と配線を通り抜け、次の拍が来る前に到着しなければ、誤ったデータが取り込まれます。6GHzで動く回路なら、1拍は約0.17ナノ秒しかありません（計算）。

静的タイミング解析の仕組み

現在の主流は、静的タイミング解析（STA）です。回路に入力の例を与えて動かす代わりに、部品ごとの遅れと配線の遅れを足し合わせ、すべての経路の到着時刻を計算します。入力の例を作り忘れて見逃す、ということが起きません。

確かめる条件は主に2つです。1つは、信号が遅すぎないか（セットアップ）。いちばん遅い経路が拍の長さに収まるかを見ます。もう1つは、速すぎないか（ホールド）。次のデータが早く着きすぎて、前のデータを上書きしないかを見ます。遅すぎる経路が残れば、クロック周波数を下げるしかなくなります。

部品の遅れは、温度、電源の電圧、製造のばらつきで変わります。そのため、低温と高温、高い電圧と低い電圧、速い部品と遅い部品といった組み合わせ（コーナー）と、動作の状態（モード）を掛け合わせた多くの条件で計算します。配線の抵抗と容量は、レイアウトから抜き出した値を使います。

道具の規模と数字

シノプシスの発表に出てくるタイミング解析と修正の数字

発表	内容	数字
2022年10月5日	PrimeClosureが扱える設計の規模	部品10億個超・条件数百
2022年10月5日	従来の修正の流れと比べた生産性（初期の顧客、最大）	10倍
2022年10月5日	タイミングの改善／修正の繰り返しの削減（最大）	45%／50%
2022年10月5日	ソシオネクスト：所要時間／メモリ／計算機の台数	5分の1以下／3分の1／5分の1
2020年6月15日	TSMCのN5の設計で、数百台の計算機にPrimeTimeの解析を分散	数百台

いずれもシノプシスの発表による、会社と顧客の説明の数字。PrimeClosureは、タイミング解析の道具PrimeTimeと組み合わせて使う修正の道具。

配置配線のあとのタイミング解析で違反が見つかると、部品を強いものに替えたり、配線を引き直したりする小さな修正（ECO）をかけ、もう一度解析します。違反をゼロにするまでこれを繰り返します。シノプシスの2022年の発表では、ソシオネクストがPrimeClosureで、この作業の所要時間を5分の1以下にしたと述べています。シノプシスは2020年、TSMC、マイクロソフトと組み、N5の設計のタイミング解析をクラウドの数百台の計算機に分けて流す仕組みも発表しました。

関連する用語

• クロック周波数：1秒間に刻むクロックの拍の数。タイミング解析で上限が決まります。
• 配線遅延：配線の抵抗と容量による信号の遅れ。
• サインオフ：製造に渡す前の最終の確認。タイミング、電力、製造の規則などを確かめます。
• ECO：設計の終盤にかける小さな修正。