小科普—集成电路设计流程

2019-09-09来源: 功烨 关键字:集成电路设计

这是一篇介绍集成电路的设计流程的文章,不讨论高深理论,尽量用通俗易懂的比喻让中文系的人都都能看明白。


集成电路设计和房屋设计原理上是相似的。假设你要设计房屋,假设你要设计IC((integrated circuit)芯片,第一步要做什么?,第一步要想,你要做什么?这就是所谓的SPEC.,SPEC.告诉你要做一个计算机IC芯片,对应设计房屋,例如你要设计一座大别墅。

 

 

SPEC.告诉你要设计什么芯片,接下来就是RTL(Register-Transfer-Level) Code,你要设计的计算机芯片主要有什么功能呢?比如最起码能实现四则运算,加减乘除,RTL Code要设计加法器,减法器,乘法器,除法器等;对应你的别墅设计要三层楼,五个卧室,三间厕所,两个客厅,一个厨房等等。

 

 

RTL Code完成后需要做Pre-Simulation,也就是模拟,你写的加法器,是否能正确运算,1+1=2,不能算出来等于3吧,减法器也是如此,你写的每个元件都要进行Pre-Simulation,确定能实现相对的功能;Pre-Simulation在别墅设计中对应的是,你设计的厨房要可以烧饭,厕所是不能烧饭的吧,卧室可以睡觉,客厅可以接待客人等等。模拟完以后进行Synthesis合成,所谓的合成,在IC设计过程中,标准库里有一些元件可以直接拿来用,用来实现你想要的功能;Synthesis在别墅设计中对应的就是去商店买家具,比如客厅需要沙发,卧室需要床,厕所需要马桶,你不用自己设计制作,可以直接去宜家购买。Synthesis的目标是用最少的标准元件实现功能,你的芯片性能就越好,这就好像在别墅设计中,有的设计师能力不行,厕所设计了三个马桶,这就不合理,资源浪费,别墅设计的目标就是用最少的家具材料实现最完善的功能。


合成完以后就可以把RTL Code转换成Gate level Netlist,这时候还是抽象的标准元件,具体摆放位置,如何连线还不知道;对应别墅设计中,你只知道需要多少张床,多少马桶,电视,柜子数量等等,但是具体摆放位置还不知道。接下来就是Placement,确定标准元件在芯片上的具体位置;对应别墅设计中客厅在几楼,厕所在几楼,卧室在哪里。标准元件摆放位置影响芯片性能,例如你把厕所放在别墅四楼,那你每次都要爬到四楼上厕所,这显然不好,厕所位置放在每层楼靠近窗户位置肯定最合理,如果放在中间位置,那肯定臭死了,Placement同理,每个标准元件摆放位置一定要合理。Placement结束后是Routing的步骤,决定标准元件在芯片中的连线,对应别墅中,水管如何铺设,电线如何走向等等。
 

 

接下来就是Layout,是一份具体的,详细的IC设计图纸,所有元件的位置,以及布局走线的方向等等;对应别墅的详细设计图纸。有了详细设计图纸,然后就是Post-Simulation&Verification,其作用就是验证这张IC设计图纸真的能实现计算机的功能,可能乘法运算有问题,这就需要修改;对应别墅设计中,你需要确定每个房间,每个设计是否满足你的要求,比如你需要卧室要有阳台等等。验证没有问题接下来就是Tape-out,将Layout给IC制造公司,请他们帮忙制造,别墅设计中接下来就是将设计图纸交给建筑商,请他们帮忙施工。Fabrication就是芯片制造;对应就是打地基,砌砖,盖房子。

 

 

制造完以后是Packaging & Testing,先测试制造的芯片有没有问题,然后在封装保护芯片;房子盖好以后,需要进行测试,比如抗震测试,漏电测试,水管是否连通等等。

 

 

最后就是成品Chip,对应就是房子盖好咯。

 

 

以上简单介绍IC芯片从设计到制造完成的过程,实际过程远比这复杂,每个步骤都有相应的公司,目前还没有一家可以从头到尾完成。接下来给大家讲一下各个流程每家公司扮演的角色。


在Tape-out之前,都是在设计阶段,IC设计公司被称为Design House,著名的公司有高通,海思,联发科,展讯等等,为什么有这么多design house呢?很好理解,就像房屋设计,有的设计公司擅长居民楼设计,有的擅长商场设计,有的擅长工厂厂房设计等等。Design House里面还有一类公司叫EDA company,它是提供所有IC 设计过程中 的软件 ,有Cadence,Synopsys,SIEMENS等,就像在你设计盖房子的时候,不可能拿出纸笔进行手绘吧,现在都是用AUTO-CAD,用软件辅助设计,EDA软件可以理解为AUTO-CAD软件。


Tape-out之后就是fabrication,芯片制造公司就是所谓 的Foundry,制造工厂称为Fab,著名的公司有TSMC,GF(不是女票,是global foundry),SMIC,HHgrace等等。


制造完之后是封装测试,Assembly & Test,著名的公司有日月光 ASE(没错,就是那个徐汇日月光商场,其实它的主营业务是半导体封测),矽品SPLI(学中文的妹子知道,矽是硅元素的旧称,台湾地区把硅元素称为矽)。
 

 

 

半导体集成电路产业极其复杂,分工合作非常重要,国内半导体公司,海思是设计龙头,中芯国际是制造龙头 ,长电是封测龙头,各公司与国际公司还有差距,仍需继续努力。


关键字:集成电路设计

编辑:muyan 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/manufacture/ic473881.html
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