芯片是怎么設計出來(lái)的

一枚芯片的生成，包括芯片設計、晶圓制造、封裝測試三個(gè)環(huán)節。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(chǎn)業(yè)鏈后端晶圓制造、封裝測試環(huán)節緊密合作，不但在設計階段需要考慮工藝是否可以實(shí)現相應電路設計，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，因此還十分考驗企業(yè)的能力，是否能完成這一系列的生產(chǎn)。金譽(yù)半導體能夠為客戶(hù)提供一站式的應用解決方案和現場(chǎng)技術(shù)支持服務(wù)。

芯片中含有成千上萬(wàn)個(gè)PN結、電容、電阻、導線(xiàn)等，因此芯片設計是屬于典型的技術(shù)密集型行業(yè)，非?？简灩こ處煹募夹g(shù)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。

圖片來(lái)源網(wǎng)絡(luò )

芯片設計最開(kāi)始需要明確芯片的用途、規格和性能表現，讓工程師根據芯片的特點(diǎn)將芯片內部的規格使用劃分出來(lái)，規劃每個(gè)部分的功能需求空間，確立不同單元間連結的方法，同時(shí)確定設計的整體方向。這一部分看似沒(méi)有太多技術(shù)含量，卻對之后的設計起著(zhù)至關(guān)重要的作用，區域劃分不夠的，無(wú)法完成該區域內的功能實(shí)現，會(huì )導致之前的工作全部推翻重來(lái)。

然后基于前期的規格定義，明確芯片架構、業(yè)務(wù)模塊、供電等系統級設計，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(lái)設計人員根據系統設計確定的方案，針對各模塊開(kāi)展具體的電路設計，使用專(zhuān)門(mén)的硬件描述語(yǔ)言（Verilog或VHDL），對具體的電路實(shí)現進(jìn)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格標準，反覆的確定此邏輯閘設計圖是否符合規格并修改，直到功能正確為止。

之后，用邏輯綜合工具，把用硬件描述語(yǔ)言寫(xiě)成的RTL級的代碼轉成門(mén)級網(wǎng)表（NetList），以確保電路在面積、時(shí)序等目標參數上達到標準。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計者給定的時(shí)序限制。整個(gè)設計流程是一個(gè)迭代的流程，任何一步不能滿(mǎn)足要求都需要重復之前的步驟，甚至重新設計RTL代碼。

圖片來(lái)源網(wǎng)絡(luò )

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

值得注意的是，芯片設計時(shí)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(chǎng)、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(guò)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(jìn)行的工序，而是貫穿在設計的每一個(gè)環(huán)節中的重復性行為。為的就是提前發(fā)現系統軟硬件功能錯誤，進(jìn)一步優(yōu)化性能和功耗，使設計精準、可靠，并且符合最初規劃的芯片規格，這對團隊的智慧、精力、耐心都是極大考驗。