芯片是怎么設(shè)計(jì)出來的

一枚芯片的生成，包括芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝測試三個(gè)環(huán)節(jié)。芯片的設(shè)計(jì)就處于芯片萌芽的最前端。

而芯片設(shè)計(jì)行業(yè)需要與產(chǎn)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(shè)計(jì)階段需要考慮工藝是否可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)電路設(shè)計(jì)，同時(shí)需要整合產(chǎn)業(yè)鏈資源確保芯片產(chǎn)品的及時(shí)供給，因此還十分考驗(yàn)企業(yè)的能力，是否能完成這一系列的生產(chǎn)。金譽(yù)半導(dǎo)體能夠?yàn)榭蛻籼峁┮徽臼降膽?yīng)用解決方案和現(xiàn)場技術(shù)支持服務(wù)。

芯片中含有成千上萬個(gè)PN結(jié)、電容、電阻、導(dǎo)線等，因此芯片設(shè)計(jì)是屬于典型的技術(shù)密集型行業(yè)，非?？简?yàn)工程師的技術(shù)能力，因?yàn)楣こ處煹?/span>設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(jù)芯片的特點(diǎn)將芯片內(nèi)部的規(guī)格使用劃分出來，規(guī)劃每個(gè)部分的功能需求空間，確立不同單元間連結(jié)的方法，同時(shí)確定設(shè)計(jì)的整體方向。這一部分看似沒有太多技術(shù)含量，卻對之后的設(shè)計(jì)起著至關(guān)重要的作用，區(qū)域劃分不夠的，無法完成該區(qū)域內(nèi)的功能實(shí)現(xiàn)，會(huì)導(dǎo)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(gòu)、業(yè)務(wù)模塊、供電等系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)，例如CPU、GPU、NPU、RAM、聯(lián)接、接口等。芯片設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)人員根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)確定的方案，針對各模塊開展具體的電路設(shè)計(jì)，使用專門的硬件描述語言（Verilog或VHDL），對具體的電路實(shí)現(xiàn)進(jìn)行RTL（Register Transfer Level）級(jí)別的代碼描述。代碼生成后，就需要嚴(yán)格按照已制定的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)，反覆的確定此邏輯閘設(shè)計(jì)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(jí)的代碼轉(zhuǎn)成門級(jí)網(wǎng)表（NetList），以確保電路在面積、時(shí)序等目標(biāo)參數(shù)上達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。邏輯綜合完成后需要進(jìn)行靜態(tài)時(shí)序分析，套用特定的時(shí)序模型，針對特定電路分析其是否違反設(shè)計(jì)者給定的時(shí)序限制。整個(gè)設(shè)計(jì)流程是一個(gè)迭代的流程，任何一步不能滿足要求都需要重復(fù)之前的步驟，甚至重新設(shè)計(jì)RTL代碼。

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最后，根據(jù)網(wǎng)表（NetList）所給定大小的硅片面積內(nèi)，對電路進(jìn)行布局和繞線，再對布線的物理版圖進(jìn)行功能和時(shí)序上的各種驗(yàn)證，這也是一個(gè)迭代的流程，驗(yàn)證不滿足要求則需要重復(fù)之前的步驟，最終生成用于芯片生產(chǎn)的GDS(Geometry Data Standard)版圖。

值得注意的是，芯片設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮許多變量，例如信號(hào)干擾、發(fā)熱分布等。而芯片的物理特性，如磁場、信號(hào)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(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)一次，通過檢查、仿真、原型平臺(tái)等手段反復(fù)迭代驗(yàn)證，它不是在設(shè)計(jì)完成后再進(jìn)行的工序，而是貫穿在設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)中的重復(fù)性行為。為的就是提前發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)軟硬件功能錯(cuò)誤，進(jìn)一步優(yōu)化性能和功耗，使設(shè)計(jì)精準(zhǔn)、可靠，并且符合最初規(guī)劃的芯片規(guī)格，這對團(tuán)隊(duì)的智慧、精力、耐心都是極大考驗(yàn)。