芯片设计版图详细描述了电路结构,即哪些地方该保留,哪些地方该腐蚀,哪些地方是连线 。芯片制造厂将版图制作成光学掩膜,即可用光刻机制造芯片 。上述过程理解比较费力,可以用熟悉的杂志出版打个简单的比方:前端设计相当于编辑根据选题计划,挑选投稿,编辑处理,并确定哪些稿件排在重要位置(封面文章),哪些稿件仅是填补版面的酱油角色 。
后端设计的任务,则是将选好的稿件,排成版面,做成版面图文件,交给印刷厂付印 。简单说,芯片前端设计相当于编辑选稿、处理稿件,后端设计相当于版面编辑排版 。芯片设计之所以要分前端和后端,主要是因为芯片特别是高端SoC芯片结构太复杂了 。实际上,专业分工是否精细是衡量一个行业复杂度的两大重要指标之一,另一个指标就是自动化程度是否高 。
芯片设计就是一个高度自动化的行业,从前端到后端,都离不开EDA软件(Electronic Design Automation,即电子设计自动化) 。芯片设计公司在DEA软件平台上完成芯片的前后端设计,不需要手工画电路图 。EDA主要由美国的Cadence和Synopsys公司提供,两家公司都能提供前端和后端设计软件 。
目前国内的芯片设计公司包括华为海思、中兴、展讯等企业,都离不开Cadence和Synopsys公司的EDA软件平台 。为什么非得用Cadence和Synopsys的?因为这两家公司在行业发展几十年,EDA软件功能完备、生态完整,好用 。那么,如何用EDA软件设计芯片呢?芯片设计七大步,有两步看不到电路第一步,用Verilog编写电路,这个过程是看不到电路图的,就是一堆描述性语言,以代码形式呈现 。
第二步,跑数字仿真,用到的工具有VCS或MMSIM等工具 。仿真的目的是看写出来的设计能不能正常工作,这个过程也看不到电路,还是一堆源代码 。第三步,跑完仿真后,将源代码转换成标准单元电路(Standard Cell) 。第四步,用IC-Compiler等工具进行布线,就是把标准单元电路找到对应的位置,用软件进行自动连线,这个过程需要和芯片的制造工艺进行辅助配合 。
第五步,再将标准单元电路填入图形,按设计需求连线,形成版图图形 。第六步,完成版图后,还不能马上交付芯片厂生产,谁知道那些单元的连线没连好,造成噪音干扰,导致功耗升高、性能降低 。为了消灭潜在bug,需要分别进行设计规则验证、和布局与原理图验证 。第七步,两大验证通过后,就可以把版图制成GDSII电子文件,交给芯片厂流片(小批量试制) 。
第八步,流片后对芯片检测,如果芯片功能正常,符合设计要求,OK,让芯片厂大规模生产 。可以看出,芯片整个设计过程共有7个大步骤,全程都通过EDA软件在电脑上完成,不存在工程师手工一个一个画电路图的情形,甚至在前端设计的部分阶段,设计者根本不用考虑晶体管长什么样、有多大,在后端,设计者也不会去数该芯片含有多少晶体管,而由软件自动统计 。
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