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芯片怎么設計?
一枚芯片的生成,包括芯片設計、晶圓制造、封裝測試三個環(huán)節(jié)。芯片的設計就處于芯片萌芽的最前端。
而芯片設計行業(yè)需要與產業(yè)鏈后端晶圓制造、封裝測試環(huán)節(jié)緊密合作,不但在設計階段需要考慮工藝是否可以實現(xiàn)相應電路設計,同時需要整合產業(yè)鏈資源確保芯片產品的及時供給,因此還十分考驗企業(yè)的能力,是否能完成這一系列的生產。金譽半導體能夠為客戶提供一站式的應用解決方案和現(xiàn)場技術支持服務。
芯片中含有成千上萬個PN結、電容、電阻、導線等,因此芯片設計是屬于典型的技術密集型行業(yè),非??简灩こ處煹募夹g能力,因為工程師的設計水平較大程度上決定了芯片的性能、功能、成本等核心因素。
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芯片設計最開始需要明確芯片的用途、規(guī)格和性能表現(xiàn),讓工程師根據芯片的特點將芯片內部的規(guī)格使用劃分出來,規(guī)劃每個部分的功能需求空間,確立不同單元間連結的方法,同時確定設計的整體方向。這一部分看似沒有太多技術含量,卻對之后的設計起著至關重要的作用,區(qū)域劃分不夠的,無法完成該區(qū)域內的功能實現(xiàn),會導致之前的工作全部推翻重來。
然后基于前期的規(guī)格定義,明確芯片架構、業(yè)務模塊、供電等系統(tǒng)級設計,例如CPU、GPU、NPU、RAM、聯(lián)接、接口等。芯片設計需要綜合考量芯片的系統(tǒng)交互、功能、成本、功耗、性能、安全及可維可測等綜合要素。
接下來設計人員根據系統(tǒng)設計確定的方案,針對各模塊開展具體的電路設計,使用專門的硬件描述語言(Verilog或VHDL),對具體的電路實現(xiàn)進行RTL(Register Transfer Level)級別的代碼描述。代碼生成后,就需要嚴格按照已制定的規(guī)格標準,反覆的確定此邏輯閘設計圖是否符合規(guī)格并修改,直到功能正確為止。
之后,用邏輯綜合工具,把用硬件描述語言寫成的RTL級的代碼轉成門級網表(NetList),以確保電路在面積、時序等目標參數(shù)上達到標準。邏輯綜合完成后需要進行靜態(tài)時序分析,套用特定的時序模型,針對特定電路分析其是否違反設計者給定的時序限制。整個設計流程是一個迭代的流程,任何一步不能滿足要求都需要重復之前的步驟,甚至重新設計RTL代碼。
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最后,根據網表(NetList)所給定大小的硅片面積內,對電路進行布局和繞線,再對布線的物理版圖進行功能和時序上的各種驗證,這也是一個迭代的流程,驗證不滿足要求則需要重復之前的步驟,最終生成用于芯片生產的GDS(Geometry Data Standard)版圖。
值得注意的是,芯片設計時需要考慮許多變量,例如信號干擾、發(fā)熱分布等。而芯片的物理特性,如磁場、信號干擾,在不同制程下有很大不同,只能依靠EDA工具一步一步設計,一步步模擬,不斷取舍。
每一次模擬之后,如果效果不理想,就要重新設計一次,通過檢查、仿真、原型平臺等手段反復迭代驗證,它不是在設計完成后再進行的工序,而是貫穿在設計的每一個環(huán)節(jié)中的重復性行為。為的就是提前發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)軟硬件功能錯誤,進一步優(yōu)化性能和功耗,使設計精準、可靠,并且符合最初規(guī)劃的芯片規(guī)格,這對團隊的智慧、精力、耐心都是極大考驗。