芯片是怎么設(shè)計出來的

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

而芯片設(shè)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(jié)緊密合作，不但在設(shè)計階段需要考慮工藝是否可以實現(xiàn)相應(yīng)電路設(shè)計，同時需要整合產(chǎn)業(yè)鏈資源確保芯片產(chǎn)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(chǎn)。金譽(yù)半導(dǎo)體能夠為客戶提供一站式的應(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PN結(jié)、電容、電阻、導(dǎo)線等，因此芯片設(shè)計是屬于典型的技術(shù)密集型行業(yè)，非常考驗工程師的技術(shù)能力，因為工程師的設(shè)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。

圖片來源網(wǎng)絡(luò)

芯片設(shè)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(jù)芯片的特點將芯片內(nèi)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(jié)的方法，同時確定設(shè)計的整體方向。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)的功能實現(xiàn)，會導(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)級設(shè)計，例如CPU、GPU、NPU、RAM、聯(lián)接、接口等。芯片設(shè)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(shè)計人員根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計確定的方案，針對各模塊開展具體的電路設(shè)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(jìn)行RTL（Register Transfer Level）級別的代碼描述。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(zhuǎn)成門級網(wǎng)表（NetList），以確保電路在面積、時序等目標(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(shè)計者給定的時序限制。整個設(shè)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(fù)之前的步驟，甚至重新設(shè)計RTL代碼。

圖片來源網(wǎng)絡(luò)

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(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(shè)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(shè)計一次，通過檢查、仿真、原型平臺等手段反復(fù)迭代驗證，它不是在設(shè)計完成后再進(jìn)行的工序，而是貫穿在設(shè)計的每一個環(huán)節(jié)中的重復(fù)性行為。為的就是提前發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)軟硬件功能錯誤，進(jìn)一步優(yōu)化性能和功耗，使設(shè)計精準(zhǔn)、可靠，并且符合最初規(guī)劃的芯片規(guī)格，這對團(tuán)隊的智慧、精力、耐心都是極大考驗。