設計中經常會碰到一些非常復雜的邏輯，組合邏輯層數非常多，往往造成無法滿足設計的時鐘頻率要求。

Cadence綜合工具Genus支持retime技術。

Retime技術的原理非常簡單。例如下圖，兩級flop之間的組合邏輯太大，限制了時鐘頻率。

Retime技術類似pipeline。Retime技術在兩級flop之間插入retime stage flop，把復雜的組合邏輯分割成里幾個部分，每個部分的組合邏輯層數都相對較小，使得每一級都能工作在較高的頻率，從而滿足整個設計的時鐘要求。

當然，retime技術不是“免費”的。

-插入了中間級，latency增加了。上圖中latency增加了3個cycle。

-插入了中間級flop，面積功耗都會大一些。

下面是一個實例。這個設計實現乘+加(multiply-add)運算。這類運算在DSP中很常見。這里的乘法器是16位輸入乘16位輸入，得到32位結果，再和符號擴展(sign extended)后的第三個輸入相加。

綜合用Genus，target 65nm的庫。順便插一句，很多朋友總以為只要上了先進工藝，timing的問題就解決了。做產品與做科研不同。做產品是要講成本的。上了先進工藝只能說明你資金充裕。使用成熟工藝，雖然慢很多卻能實現一樣的performance，這才是真正的設計能力。

首先來看看最直接的實現方案。這里輸入鎖存后再運算，運算結果鎖存后再輸出。這樣做屏蔽了input delay，output delay對運算邏輯timing的影響，可以更好地評測運算邏輯的速度。

這里也可以看到，手動插入pipeline stages很難，尤其是乘法運算。這是一個整體，無法手動切割。當然有朋友可能會說，例化Synopsys DesignWare里的multi-stage multiplier。那樣當然也是可以的，優缺點你也知道了，這里就不贅述了。

Genus綜合后最差的路徑如下。

時鐘周期為9ns，positive slack 26ps，能滿足。也就是說這個實現方案最多也就是只能跑110MHz左右。如果系統的要求是400MHz，這個最直白的實現方案顯示是不行的。

下面再來看看使用Genus retime技術的實現方法。在這個實現中把multiply-add放到了一個獨立的module中，這樣做是為了在Genus綜合中單獨將這個module的retime打開。

Genus綜合時在syn_generic之前關閉整個設計地retime，打開multiply_add_pipeline模塊地retime。

Genus綜合結果如下。

可以看到，時鐘提高到了2.5ns (400MHz)，依然能滿足，slack為0。

這里還要提一下，Genus retime的算法非常聰明。RTL里我們給了中間三級32*3=96個DFF，實際上最后Genus并沒有全部用掉96個DFF，只用了2+9+31個DFF置換為retime中間級flop，其余的都優化掉了。可以說Genus retime真的很“省”。

總結一下，Genus retime技術通過移動pipeline flop的位置將復雜組合邏輯分割成幾級，可以大大提高電路的速度。

審核編輯：黃飛