前兩期，我們分別對OTP和MTP，RAM和ROM進行了比較。這一次，我們來談談Memory Compiler，以及通過它生成的Register file和SRAM。

什么是Memory Compiler ？

Memory Compiler，內存編譯器。顧名思義，是用來生成不同容量memory的工具，輸入參數，我們就可以得到生成的文件。生成的文件包括：前端設計verilog模型、邏輯綜合的時序庫、后端需要的電路網表和LEF/GDS版圖文件、其他DFT驗證相關的、datasheet手冊等等。

Memory Compiler由供應商提供，往往是不通用的，界面也不盡相同。同一個廠商的不同工藝下，Memory Compiler不同。相同工藝，不同廠商，Memory Compiler也不同。內存編譯器通常是供應商的知識產權，其功能是根據客戶的需求生成各種類型的memory。

一般的Memory Compiler提供五個ram腳本（rf_sp,sram_sp,rf_tp,sram_dp,rom）。這意味著可以生成1 Port Register file、Single Port SRAM、2 Port Register file、Dual Port SRAM以及ROM。不同的廠商或許還擁有特殊工藝。

一般來說，MC只生成常用的memory，特殊的往往需要定制或者組合。

考慮到面積和性能，又可以劃分為High Speed和High Density等等。

圖源知乎：SMIC 的Memory Compiler，由Artisan公司提供

Memory Compiler使用介紹

在使用Memory Compiler時，請務必確保你的RAM從頭到位的規格與設定都相同，否則會造成一些不可避免的錯誤。

首先在RTL代碼階段，要用到RAM就要用到verilog代碼，此時不需要著急產生其他后階段的必要數據，因為RTL代碼階段只需要行為級模型即可。

當進入門級代碼后，RAM compiler就要產生其他的相關數據了，同時要考慮RAM版圖的位置與方向。由于重大的設計不會一蹴而就，所以有兩個重點，第一個是每次使用RAM compiler時都一定要讓它產生特性設置文檔，避免忘記自己做過的設定。第二件事是對應的文件名要定義好，否則RAM的方向不同但是又用到了相同的文件名，就會把原始數據覆蓋掉。

RTL階段

在RTL階段主要只是產生verilog行為級和設置文件。因為在RTL階段不需要考慮RAM的位置信息。Memory Compiler提供多種選擇，在這個階段，選擇生成RF或是SRAM，以及確定端口數量。如果容量比較大的話，相同設置下，單端口比雙端口面積要小，速度也要快，功耗要低。

綜合與布局布線階段

為了避免重新啟用Memory Compiler與以前設置有出入，所以最好一次性將Memory Compiler能夠產生的相關數據一并輸出。在這里，Memory Compiler還需要產生3種數據。

.LIB 該數據是RAM的時序信息文件

.VCLEF 布局布線工具需要使用的物理信息文件

.SPEC RAM的注釋文件

在布局布線前，需要考慮RAM的長與寬，估計它的位置與方向，盡量讓功能想關的模塊靠近一些。

將產生的.LIB文件轉換成.DB文件，就可以把Memory Compiler生成的RAM加入到代碼中進行綜合了。在綜合工具的腳本中的serch_path下加入RAM的DB文件地址即可。

以上為Memory Compiler大致的使用流程，不同的工具在細節上或許有所區別，但大體流程如此。

蘇州騰芯微電子的Memory Compiler界面

接下來，我們來聊一聊，生成的memory——Register file和SRAM。

Register file與SRAM的比較

首先，厘清一下概念上的問題，Register file和很多的registers不是同一個概念。我們在IC設計里談到register時，常常是指D觸發器，而Register file是一種memory。

那么，同為Memory Compiler生成，RF和SRAM有什么區別呢？在比較中，不同規格相比較顯然不夠客觀，也不能讓我們更清晰地認識到它們的差異。

在比較前，我們需要先把端口的概念搞清楚：

1 port，single port：單端口，讀寫同端口，需要WE控制輸入輸出

2 port：雙端口，讀寫分開，輸入輸出端口固定，可以不用WE控制

dual port:同樣是雙端口，但讀寫端口不固定，且都可讀可寫

RF 的端口示意圖

SRAM 的端口示意圖

所以我們應當把1P RF和SP SRAM，2P RF和DP SRAM比較，才有意義。

1 Port Register file 和 Single Port SRAM

同為單端口，從外部端口看，難以區分1P RF和SP SRAM的區別，但是我們可以從以下幾個方面，來進行區分。

首先我們以Memory Size：512*32的1P RF和SP SRAM為例。

此為1P RF

此為SP SRAM

從datasheet直觀上來看，SRAM比Register file多了OEN（輸出使能）。

除此之外，Register file和SRAM兩者相比，SRAM的最大容量比RF要大。相同配置下，RF的面積更大，功耗更低。

在mem比較小的情況下用RF劃算，并且同樣的mem，RF的長寬比會更小，方便后端floorplan。大容量的時候，SRAM的速度是有優勢的。并且SRAM速度快，面積小。同樣大小的RF，面積就很大了，速度也慢下來了。

所以簡單來說，小容量選RF，大容量選SRAM。

2P Register file 和 Dual Port SRAM

比起1P RF與SP SRAM的比較，2P RF與DP SRAM的差異較為直觀。

2P RF有一個輸入數據總線，一個輸出的數據總線。DP SRAM有兩個數據輸入總線，兩個數據輸出總線。

換句話說，2P RF是一組信號，讀寫端口固定；而DP SRAM則有兩組信號，讀寫不分開。

且兩組信號，每組都有自己的地址，輸入數據總線，輸出數據總線，時鐘，讀/寫控制。這兩組可以分別往存儲單元寫，或從存儲單元讀出。讀可以一直讀，寫時數據可能存儲單元數據更新，數據也可能輸出端口。

DP SRAM就好像2個SP SRAM共用存儲單元。

具體的應用，需要結合設計人員和項目自身的需求來選用。小容量，地址少的用RF。有兩個外設要同時讀寫SRAM的，就要用DP SRAM。涉及到具體的選取，則需要由設計人員自己做判斷了。

以下為讀寫時序圖：

圖源：數字IC自修室

審核編輯：湯梓紅