【E課堂】芯片反向設(shè)計(jì)流程

　　什么是芯片反向設(shè)計(jì)?反向設(shè)計(jì)其實(shí)就是芯片反向設(shè)計(jì)，它是通過對芯片內(nèi)部電路的提取與分析、整理，實(shí)現(xiàn)對芯片技術(shù)原理、設(shè)計(jì)思路、工藝制造、結(jié)構(gòu)機(jī)制等方面的深入洞悉，可用來驗(yàn)證設(shè)計(jì)框架或者分析信息流在技術(shù)上的問題，也可以助力新的芯片設(shè)計(jì)或者產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案。

　　芯片反向工程的意義：現(xiàn)代IC產(chǎn)業(yè)的市場競爭十分激烈，所有產(chǎn)品都是日新月異，使得各IC設(shè)計(jì)公司必須不斷研發(fā)新產(chǎn)品，維持自身企業(yè)的競爭力。IC設(shè)計(jì)公司常常要根據(jù)市場需求進(jìn)入一個全然陌生的應(yīng)用和技術(shù)領(lǐng)域，這是一件高風(fēng)險的投資行為。并且及時了解同類競爭對手芯片的成本和技術(shù)優(yōu)勢成為必然的工作。如果讓工程師在最短的時間以最有效率的方式設(shè)計(jì)電路才是最難解決的問題，逆向工程看來是其中一個解決方案。逆向工程能將整顆IC從封裝，制成到線路布局，使用將內(nèi)部結(jié)構(gòu)，尺寸，材料，制成與步驟一一還原，并能通過電路提取將電路布局還原成電路設(shè)計(jì)。

　　目前，國外集成電路設(shè)計(jì)已經(jīng)非常成熟，國外最新工藝已經(jīng)達(dá)到10nm，而國內(nèi)才正處于發(fā)展期，最新工藝達(dá)到了28nm。有關(guān)于集成電路的發(fā)展就不說了，網(wǎng)絡(luò)上有的是資料。對于IC設(shè)計(jì)師而言，理清楚IC設(shè)計(jì)的整個流程對于IC設(shè)計(jì)是非常有幫助的。然而，網(wǎng)絡(luò)上似乎并沒有有關(guān)于IC設(shè)計(jì)整個流程的稍微詳細(xì)一點(diǎn)的介紹，僅僅只是概略性的說分為設(shè)計(jì)、制造、測試、封裝等四大主要板塊，有的資料介紹又顯得比較分散，只是單獨(dú)講某個細(xì)節(jié)，有的只是講某個工具軟件的使用卻又并不知道該軟件用于哪個流程之中，而且每個流程可能使用到的工具軟件也不是太清楚(此觀點(diǎn)僅為個人經(jīng)歷所得出的結(jié)論，并不一定真是這樣)。

　　芯片正向設(shè)計(jì)與反向設(shè)計(jì)。目前國際上的幾個大的設(shè)計(jì)公司都是以正向設(shè)計(jì)為主，反向設(shè)計(jì)只是用于檢查別家公司是否抄襲。當(dāng)然，芯片反向工程原本的目的也是為了防止芯片被抄襲的，但后來演變?yōu)樾」緸榱烁旄〕杀镜脑O(shè)計(jì)出芯片而采取的一種方案。目前國內(nèi)逐漸往正向設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變的公司也越來越多，正逐漸擺脫對反向設(shè)計(jì)的依賴。當(dāng)然，正處于發(fā)展初期的公司也不少，自然反向設(shè)計(jì)也是不少的。

　　本文章從芯片反向設(shè)計(jì)開始進(jìn)行總結(jié)。

　　“工欲善其事，必先利其器”。隨著集成電路的不斷發(fā)展，不管是芯片正向設(shè)計(jì)還是反向設(shè)計(jì)，它們對于工具的依賴性越來越強(qiáng)，因此，在要開始講設(shè)計(jì)流程之前，先來看一看，我們到底會用到哪些主要的工具和輔助性的軟件。

　　一、主要工具軟件。

　　說到設(shè)計(jì)工具，就不能不提到三大EDA廠商——cadence,synopsys,mentor。這三家公司的軟件涵蓋了芯片設(shè)計(jì)流程的幾乎所有所能用到的工具。首先是cadence公司，這家公司最重要的IC設(shè)計(jì)工具主要有candence IC系列，包含了IC 5141(目前最新版本是IC617)，NC_VERILOG(verilog仿真),SPECTRE(模擬仿真),ENCOUNTER(自動布局布線)等等synopsys公司，最出名的是它的綜合工具design complier，時序分析工具prime time,模擬仿真工具h(yuǎn)spice等;mentor公司最出名的工具是calibre(版圖DRC LVS檢查),modelsim(verilog仿真)。

　　這些都是IC設(shè)計(jì)最常用的工具，無論是正向設(shè)計(jì)還是反向設(shè)計(jì)。當(dāng)然，隨著軟件版本的更新迭代，軟件的名字可能有所變更，并不是上述的那些名稱。另外，這些工具主要集中在以linux為內(nèi)核的操作系統(tǒng)上，主要代表有Red Hat。所以有關(guān)unixlinux類操作系統(tǒng)的知識還是有必要學(xué)的，該類系統(tǒng)與windows系統(tǒng)有很大的不同，要想學(xué)會使用這些軟件，首先要學(xué)習(xí)這些操作系統(tǒng)的相關(guān)知識，具體資料網(wǎng)上有很多。部分工具有windows版本，例如hspice，Modelsim。

　　二、 輔助類工具軟件。

　　當(dāng)然，除了這三大EDA廠商的IC設(shè)計(jì)工具外，Altera 、Xilinx、Keil Software這三家公司的軟件quartus ii、ISE、KEIL開發(fā)環(huán)境等，都是對于IC設(shè)計(jì)流程中比不可少的工具。它們分別是用于FPGA、單片機(jī)&ARM芯片的開發(fā)。這類軟件在芯片的CP測試和芯片應(yīng)用方案開發(fā)上會有用到。

　　版圖提取工具，NetEditorLite、ChipAnalyzer，這兩個工具主要是針對芯片反向設(shè)計(jì)而言的。

　　算法設(shè)計(jì)工具，MATLAB，此工具應(yīng)用范圍很廣，但對于芯片設(shè)計(jì)來說，它較為適用于算法原型開發(fā),例如，通信算法。

　　PCB版圖工具，Altium Designer,Orcad，Allegro。其中，目前Orcad,Allegro是屬于cadence電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)套件內(nèi)的主要軟件，而Altium Designer是最常用的軟件，它的前身是Protel。

　　Labview與數(shù)字源表，這一對軟硬件主要用于芯片電氣參數(shù)的半自動化測試，特別是模擬芯片。其目的是芯片設(shè)計(jì)公司用于分析芯片樣品參數(shù)用。

　　對于這些工具的該如何使用，我會在下面的文章中進(jìn)行說明。ps:沒有具體說明軟件使用環(huán)境的，一般是在windows環(huán)境下使用。

　　先從反向設(shè)計(jì)說起。下面是芯片反向設(shè)計(jì)的流程圖。

　　橙盒科技半導(dǎo)體研究中心芯片反向設(shè)計(jì)流程圖