2025年(微電子科學與工程)集成電路EDA工具試題及答案一、單選題（每題2分，共20分）1.在數(shù)字標準單元庫綜合階段，DesignCompiler默認采用以下哪種時序模型？A.線性延遲模型（LDM）B.非線性延遲模型（NLDM）C.復合電流源模型（CCS）D.有效電流源模型（ECSM）答案：B解析：NLDM以輸入轉(zhuǎn)換時間和輸出負載為二維查表，兼顧精度與速度，是DC默認模型。CCS/ECSM需額外license，用于28nm以下先進節(jié)點。2.對7nmFinFET工藝，StarRC提取引擎在“etchaware”模式下，主要解決哪類制造偏差？A.柵氧厚度起伏B.側(cè)壁粗糙度C.金屬線寬與溝槽深度微負載效應D.隨機摻雜波動答案：C解析：etchaware通過工藝角表補償局部金屬線寬、深度偏差，與OPC/RET數(shù)據(jù)對齊，提高寄生參數(shù)相關(guān)性。3.在Innovus中，使用“setPlaceModeplace_global_place_efforthigh”后，下列哪項指標最可能顯著上升？A.總線長（WL）B.峰值擁塞（PeakCongestion）C.運行時間（Runtime）D.時鐘偏移（Skew）答案：C解析：高努力模式增加迭代次數(shù)與解空間探索，運行時間線性～指數(shù)級增加，但WL與擁塞通常下降。4.對SRAM編譯器而言，決定位線寄生電容的首要參數(shù)是：A.單元高度B.字線長度C.列復用度（ColumnMUX）D.預充管尺寸答案：C解析：列復用度決定每根位線掛接的單元數(shù)，電容與單元數(shù)成正比；字線決定行數(shù)，影響字線RC。5.在PrimeTime中，以下哪條命令可報告“半周期路徑”的建立時間裕量？A.report_timingdelay_typeminnworst10B.report_timingdelay_typemaxclock_fallnworst10C.report_timingdelay_typemaxclock_riseedge_locklatchnworst10D.report_timingdelay_typemin_maxpath_typefull_clocknworst10答案：B解析：半周期路徑指數(shù)據(jù)在下降沿發(fā)射、上升沿捕獲，或反之；需顯式指定clock_fall捕獲沿。6.對模擬IP的蒙特卡洛仿真，Spectre中“mismatch”隨機源主要基于：A.幾何失配模型（Pelgrom模型）B.BSIM4表面勢方程C.熱噪聲功率譜密度D.閃爍噪聲corner答案：A解析：mismatch采用Pelgromσ∝1/√(WL)模型，與工藝梯度統(tǒng)計獨立。7.在CalibrePERC中，檢查“CDM（ChargedDeviceModel）ESD路徑”時，核心規(guī)則是：A.電阻<2ΩB.電流密度>1mA/μmC.放電回路總電阻<1Ω且通路在金屬層連續(xù)D.二極管反向擊穿電壓>1.5×VDD答案：C解析：CDM要求極低阻抗連續(xù)金屬，避免空氣隙或高阻段，否則瞬間大電流產(chǎn)生焦熱損壞。8.對3DIC熱仿真，ANSYSIcepak與RedHawkSC耦合時，熱邊界條件由哪方提供？A.Icepak提供熱阻矩陣，RedHawk提供功耗向量B.RedHawk提供熱導率，Icepak提供電流密度C.Icepak提供對流系數(shù)，RedHawk提供封裝尺寸D.RedHawk提供瞬態(tài)功耗波形，Icepak提供環(huán)境溫度答案：A解析：雙向耦合：RedHawk輸出voxel功耗→Icepak計算溫度→回注溫度依賴的電壓降，迭代收斂。9.在FPGA原型驗證平臺（ProtiumS1）中，實現(xiàn)“存儲器分割”主要解決：A.查找表面積過大B.BRAM容量不足C.時鐘域交叉D.引腳數(shù)超限答案：B解析：ASIC大容量SRAM在FPGA中需拆分為多片BRAM，借助分割算法映射，避免容量爆炸。10.對2.5Dinterposer設(shè)計，以下哪種接口標準最適合高頻并行跨芯片通信？A.JTAG1149.1B.AMBAAPBC.OpenHBI（HighBandwidthInterconnect）D.I3C答案：C解析：OpenHBI提供4–8Gb/s單端并行、低擺幅、時鐘轉(zhuǎn)發(fā)，專為interposer短距優(yōu)化。二、多選題（每題3分，共15分）11.關(guān)于SynopsysDSO.ai在布局布線階段的強化學習獎勵函數(shù)，可包含：A.總負裕量（TNS）B.峰值功耗密度C.天線規(guī)則違例數(shù)D.單元面積E.時鐘樹級數(shù)答案：A、B、C解析：獎勵函數(shù)需綜合時序、功耗、可靠性；面積與級數(shù)通常作為約束而非獎勵。12.在MentorHyperLynxPI仿真中，影響目標阻抗（Ztarget）計算值的參數(shù)有：A.最大動態(tài)電流ΔIB.電源電壓VDDC.允許紋波百分比ripple%D.板厚E.電容ESL答案：A、B、C解析：Ztarget=(ripple%×VDD)/ΔI，與板厚、ESL無關(guān)，后者影響實際阻抗曲線。13.使用CadenceVoltus進行靜態(tài)IRdrop分析時，以下哪些設(shè)置可降低誤報？A.啟用向量less動態(tài)功耗估算B.采用SPEF反標寄生C.設(shè)置10%的電壓降邊界D.使用Liberty中CCS功耗模型E.將“current_cell_threshold”從1mA調(diào)至0.1mA答案：B、D、E解析：SPEF+CCS提高精度；降低閾值避免漏報小單元電流；向量less會高估功耗，增加誤報。14.關(guān)于LEF/DEF5.8擴展，以下新特性正確的是：A.支持ROUTED語句中“+NONDEFAULTRULE”B.支持PIN屬性“ANTENNAGATEAREA”C.支持SPECIALNET中“+SHAPESTRIPE”D.支持COMPONENT屬性“REGION”E.支持VIA的“+RESISTANCE”答案：A、C、E解析：5.8新增非默認規(guī)則、stripeshape、viaresistance；ANTENNAGATEAREA在5.6已存在；REGION屬性在5.7引入。15.在28nm以下節(jié)點，光學鄰近效應修正（OPC）對模擬單元的影響包括：A.多指晶體管有效寬度減小B.溝道長度偏移C.接觸孔enclosure規(guī)則收緊D.電阻絕對值下降E.閾值電壓降低答案：A、B、C解析：OPC導致poly外擴/內(nèi)縮，有效W/L變化；接觸孔enclosure因分辨率下降需補償；電阻與Vth非OPC直接結(jié)果。三、填空題（每空2分，共20分）16.在PrimeTime中，命令“set_operating_conditionsanalysis_typeon_chip_variation”啟用的分析模式簡稱______。答案：OCV解析：OCV考慮全局與局部工藝偏差，對建立/保持時間分別采用最快/最慢角。17.對5nm工藝，F(xiàn)inFET的亞閾值擺幅理想極限約為______mV/dec。答案：60解析：室溫kT/q·ln(10)≈60mV/dec，F(xiàn)inFET因nearideal60mV極限。18.Innovus中，設(shè)置“setExtractModeenginepostRoutecapMode3Dcoupling1”表示啟用______電容提取。答案：三維耦合解析：3D場求解器計算相鄰線網(wǎng)橫向電場，提高16nm以下精度。19.Calibre規(guī)則文件里，定義“DRCRESULTSDATABASE”輸出格式為ASCII的關(guān)鍵字是______。答案：ASCII解析：默認二進制，顯式寫“ASCII”生成可讀文本，便于腳本解析。20.在Spectre中，用于掃描溫度并繪制跨溫性能曲線的分析類型是______。答案：dc或sweep，具體為“dctemp”解析：dctemp掃描溫度變量，提取Vth、Gm等隨溫變化。21.對112Gb/sSerDes布局，差分對間skew預算通常小于______UI。答案：0.05解析：112Gb/sUI=8.9ps，0.05UI≈0.44ps，滿足BER<1e6的眼圖要求。22.RedHawk中，定義電流密度檢查上限的TCL變量為______。答案::max_current_density解析：單位mA/μm，超界報EM違例。23.在LEF中，通孔層疊規(guī)則通過語句______定義。答案::VIA解析：VIA語句列出layer1enclosure、cut、layer2enclosure及resistance。24.對于3DIC微凸塊（μbump），典型間距pitch為______μm。答案：40–50解析：40μm為JEDEC主流，再小需TSV工藝支持。25.在Formality中，驗證RTLvs.門級網(wǎng)表一致性時，需讀入的參考文件格式為______。答案：RTL（Verilog/VHDL）解析：參考端為黃金RTL，實現(xiàn)端為綜合/布局后網(wǎng)表。四、判斷題（每題1分，共10分）26.PrimeTimeSI的“deltadelay”報告已包含串擾引起的動態(tài)延遲變化。答案：正確解析：deltadelay即aggressor切換引入的額外延遲，含正負glitch。27.在14nm以下，金屬層RC提取可忽略邊緣電容效應。答案：錯誤解析：線寬高比>2，邊緣電容占總電容30%以上，必須3D場解。28.Innovus的“ccopt”時鐘樹綜合支持多電壓域的自動電平轉(zhuǎn)換器插入。答案：正確解析：ccopt識別MSV約束，自動插入LS/HScell，平衡skew。29.對FinFET工藝，STI應力效應使PMOS驅(qū)動電流增大、NMOS減小。答案：錯誤解析：STI壓應力提高NMOS遷移率，降低PMOS，與封裝應力方向相反。30.CalibrePERC可檢測ESD路徑，但無法報告電流密度分布。答案：錯誤解析：PERC結(jié)合StarRC寄生，可輸出電流密度云圖。31.在SPICE仿真中，采用“.temp125”與“temp=125”參數(shù)等效。答案：錯誤解析：.temp為全局溫度；temp=125僅對緊跟器件實例有效。32.對2.5Dinterposer，硅中介層（Siinterposer）的CTE與有機基板接近，可忽略熱失配。答案：錯誤解析：SiCTE=2.6ppm/℃，有機基板15–17ppm/℃，需underfill緩解。33.RedHawkSC的“vectorless”模式比“VCD”模式運行時間短但精度低。答案：正確解析：vectorless基于切換概率，節(jié)省仿真時間，但低估峰值電流。34.在DFT插入時，ClockGatingCell的測試引腳“TE”必須接常0以避免掃描移位沖突。答案：錯誤解析：TE在移位階段接1，保證時鐘打開；捕獲階段接0。35.對7nm節(jié)點，柵極接觸（GateContactOverActive）結(jié)構(gòu)可減小標準單元面積10–15%。答案：正確解析：COAG移除poly延伸，壓縮邊界，已被臺積電7nm采用。五、簡答題（每題8分，共40分）36.闡述“信號完整性（SI）”與“電源完整性（PI）”在3nm節(jié)點相互耦合的機理，并給出聯(lián)合仿真流程。答案：機理：1)電源噪聲引起門延遲變化（動態(tài)IRdrop達10%VDD），導致時序違約；2)同時開關(guān)噪聲（SSN）通過電源/地回路耦合至信號線，放大串擾；3)高頻下，信號返回路徑經(jīng)電源網(wǎng)絡(luò)，形成互感，增加延遲不確定性。流程：a)在Innovus完成布局布線，輸出DEF+SPEF；b)RedHawk讀入VCD向量，生成瞬態(tài)電流波形與動態(tài)IRdrop云圖；c)將每周期電壓降標注為timingderate，回注PrimeTimeSI；d)PrimeTimeSI重新計算串擾+電壓降復合deltadelay；e)若時序違例，返回Innovus進行增量優(yōu)化（cellsizing、decap、clockshielding）；f)迭代至收斂（ΔTNS<5ps，ΔIRdrop<3%VDD）。37.列舉并對比三種主流EM驗證算法（平均電流、均方根電流、擺動電流），給出5nm互連最嚴苛的判定公式。答案：1)平均電流（Javg）：用于直流或低頻，限值Jdc=Jmax·(w/t)·f(T)；2)均方根電流（Jrms）：評估焦耳熱，Irms=√(∫i2dt/T)，限值Jrms=Jmax_thermal；3)擺動電流（Jsw）：反映雙向應力，Bamboo算法Jsw=|I+|–|I–|，限值Jsw=Jmax_ac·(freq^0.5)·w·k；5nm最嚴苛：Jpeak=min{Jdc,Jrms,Jsw·(1+0.1·√f)}，其中f>2GHz時Jsw主導，w<30nm時Jdc下降30%。38.解釋“電壓依賴的延遲模型”（VoltageDependentDelayModel）在0.5V近閾值設(shè)計的實現(xiàn)方式，并給出Liberty語法片段。答案：實現(xiàn)：將delay表從1D（load）擴展為2D（load,Vdd），Vdd維度取0.4–0.7V，步長0.05V；通過characterization在eachVdd點跑SPICE，提取slew/delay。語法：```voltage_map("vdd",0.5,0.05);delay_model:voltage_dependent;cell(NAND2){pin(Y){timing(){related_pin:"A";voltage_delay(table_2d){index_1("0.01,0.02,0.04");/load/index_2("0.40,0.45,0.50,0.55,0.60,0.65,0.70");/Vdd/values("\0.060,0.055,0.050,0.046,0.042,0.039,0.035,\...");}}}}```39.描述基于機器學習的布線擁塞預測模型訓練流程，給出特征列表與評價指標。答案：流程：1)數(shù)據(jù)收集：從20個5nm設(shè)計導出100k局部窗口（128×128μm），記錄GCell擁塞值（標簽）；2)特征：引腳密度、宏單元面積比、時鐘引腳比例；預布線線長、最小割數(shù)、通道寬度；金屬層可用軌道、通孔圖密度、功耗密度；3)模型：GraphSAGE圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點=GCell，邊=鄰接，輸出層回歸；4)訓練：損失函數(shù)Huberloss，優(yōu)化器Adam，學習率1e3，batch=256，epoch=100；5)評價：平均絕對誤差MAE<0.03（擁塞值歸一化0–1）；峰值擁塞預測誤差<5%；運行時間<60s（比全局布線快20×）。40.給出在臺積電N3E工藝下，使用BSIMCMG模型對FinFET進行溫度掃描（40–125℃）時，提取閾值電壓Vth的Ocean腳本，并繪制dVth/dT曲線。答案：腳本：```;OceanscriptforVthvsTemplib="tsmcn3e_cmg.lib"model="nmos3e"tempList=40:5:125VthList=nilforeach(temptempListocnTemp=tempsimulator('spectre)design("netlist.scs")analysis('dc)desVar("L"20n)desVar("W"40n)desVar("NFIN"3)run();extrapolateVthbymaxgmmethodId=GET_DCV("/M0/D")Vg=GET_DCV("/M0/G")gm=deriv(IdVg)Vth=xValue(gm,max(gm))0.53.3;heuristicVthList=append(VthListVth))plot(tempListVthList?xLabel"Temp(C)"?yLabel"Vth(V)")plot(tempListderiv(VthListtempList)?xLabel"Temp(C)"?yLabel"dVth/dT(mV/C)")```結(jié)果：dVth/dT≈0.45mV/℃，與理論一致，PMOS數(shù)值略大。六、綜合設(shè)計題（共35分）41.設(shè)計一個8bit超前進位加法器（CLA），要求：a)采用28nm工藝，目標時鐘2GHz，延遲≤250ps；b)使用Innovus流程，寫出關(guān)鍵腳本（含floorplan、placement、cts、routing、timingsignoff）；c)給出功耗報告（VDD=1.0V，溫度85℃，SAIF向量）；d)列出三條可提升10%性能的可行方法，并量化收益。答案：a)架構(gòu)：采用44分組，組內(nèi)生成傳播信號G=P=1時，進位鏈4級NAND2延遲≈45ps×4=180ps，滿足250ps。b)腳本：```floorplaninitialize_floorplancore_width60core_height40core_util0.7flip_first_rowset_pnet_optionsresetadd_ringnets{VDDVSS}width2spacing1layers{M8M9}placementsetPlaceModeplace_global_place_efforthighcong_efforthighplace_designctscreate_clocknameclkperiod500waveform{0250}[get_portsclk]setClockTreeOptionstarget_skew20buffer_list{CLKBUFX1CLKBUFX2}ccopt_designroutingsetNanoRouteModerouteWithTimingDriven1routeTopRoutingLayer9routeDesignsignoffextractRCtimeDesignpostRoutepathRe