時鐘樹合成（CTS）

想像一座花園，裡面每一棵植物都必須在同一瞬間被澆到水。如果你只接一根水管通到最近的植物，再讓水順勢往遠處的角落慢慢流，那麼近處的植物先喝到水，遠處的就要等很久。於是你換一種做法：搭一套不斷分叉、每一段管長都相等的供水歧管，一次次地一分為二，讓水幾乎在同一時刻到達每一個噴頭。時鐘樹合成（CTS）對時鐘訊號做的就是這件事。佈局把每個單元放在哪裡固定下來之後，時鐘在源頭仍然只是一根網路（net），若放任不管，它會極不均勻地扇出到成千上萬乃至上百萬個正反器。CTS 把這根樸素的網路拆掉，重新建構成一棵由時鐘緩衝器和反相器組成的平衡樹，對它們做尺寸選擇並擺放到合適位置，使有效時鐘邊緣幾乎同時落到每一個正反器的時鐘接腳上。一種常見的結構是 H 樹（H-tree），導線真的按一層套一層的 H 形狀分叉，讓每一片葉子到樹根的距離都相等。

有兩個數字用來衡量這棵樹平衡得好不好。插入延遲（insertion delay，也叫 latency）是邊緣從時鐘源穿過所有這些緩衝器、一路傳到某個正反器所花的時間。偏斜（skew）則是你所關心的那些正反器之間到達時間的離散程度：如果一個正反器在 1.10 ns 看到邊緣，另一個在 1.13 ns 才看到，它們之間的偏斜就是 30 ps。你沒法把插入延遲做到零，因為緩衝器和導線本身就要花掉實實在在的時間，但你會拼命把偏斜壓小，因為時序收斂（timing closure）就指望它。建立時間（setup）檢查的是資料必須在下一個時鐘邊緣之前提前多久到達，保持時間（hold）檢查的是資料不能在當前邊緣之後太快到達。偏斜會讓這些邊緣彼此之間相對挪位，所以一棵馬虎的時鐘樹會憑空製造出時序違規，而這種違規靠把邏輯做得再快也救不回來。

CTS 在佈局之後、詳細繞線之前執行，而它在不止一個意義上都是一種權衡。更大的緩衝器、更多的平衡層級能壓低偏斜，卻會燒掉動態功耗，因為這些緩衝器每一個都在每個週期翻轉一次，而時鐘網路往往是整顆晶片上功耗最大的部分之一。工具還會為晶片上變異（OCV）預留餘量——現實中，兩個完全相同的緩衝器位於晶片的不同角落時，會因為電壓跌落和製程離散而以略微不同的速度翻轉，所以一棵在標稱條件下看起來完美平衡的樹，仍然需要留出裕量才能熬過真實的矽晶片。現代流程往往放寬了過去那種追求全域近零偏斜的目標，轉而採用有用偏斜（useful skew），故意延遲某些正反器，為吃緊的路徑借來時間，但其底層任務沒有變：馴服一個時鐘，讓它到達那一整片正反器之海時足夠整齊，以滿足時序要求。