芯片设计流程全讲解-天天短讯

2023-06-04 02:07:47 来源 : 面包芯语

于消费者而言，一个可以使用的系统，有数字集成电路部分、模拟集成电路部分、系统软件及上层应用部分。关于各个部分的功能，借用IC 咖啡胡总的精品图可以一目了然。外部世界是一个模拟世界，故所有需要与外部世界接口的部分都需要模拟集成电路，模拟集成电路将采集到的外部信息转化成0/1 交给数字集成电路运算处理，再将数字集成电路运算处理完的信号转化成模拟信号输出；而这一切的运算过程都是在系统软件的号令跟监控下完成的，故曰：芯片是骨架，系统软件是灵魂。

数字集成电路设计实现流程是个相当漫长的过程，拿手机基带芯片为例，对于3G, 4G, 5G, 工程师最初见到的是无数页的协议文档。架构师要根据协议来确定：协议的哪些部分可以用软件实现，哪些部分需要用硬件实现；算法工程师要深入研读协议的每一部分，并选定实现所用算法；芯片设计工程师，需要将算法工程师选定的算法，描述成RTL; 芯片验证工程师，需要根据算法工程师选定的算法设计测试向量，对RTL 做功能、效能验证；数字实现工程师，需要根据算法工程师和设计工程师设定的目标PPA 将RTL 揉搓成GDS; 芯片生产由于太过复杂，完全交由代工厂完成，封装亦是；对于测试，大部分公司都是租借第三方测试基台由自己的测试工程师完成，只有少部分土豪公司才会有自己的测试基台。

一颗芯片，性能的60% 取决于架构师，在国内好的架构师不超过三位数，极好的架构师不超过两位数，架构师是芯片灵魂的缔造者，是食物链的最顶端，是牛逼闪闪的存在，就驴浅显认知，除了office 似乎没有EDA 工具用于架构设计；架构敲定了之后，大量的算法工程师跟上，对于协议规定的每个点，都要选择适当的算法，用C/C++ 做精确模拟仿真，要确保功能、精度、效率、吞吐量等指标，Matlab 跟GCC 应该是他们使用最多的工具。

【资料图】

设计工程师根据算法工程师经过反复模拟仿真选择的算法，将抽象描述或定点C 转换成RTL, 在设计过程中需要反复仿真、综合，以确定设计功能的正确性，跟设计能达到的PPA. 除了RTL, 设计工程师还需要根据设计目标编写SDC 和power intent, 并做对应的质量检查。设计工程师需要使用大量EDA 工具：

编辑器：VIM, emac;

Lint : RTL 质量检查，Spyglass, Jasper;

CDC: SDC 质量检查，Spyglass, Conformal, GCA;

CPF/1801: power intent 质量检查，CLP;

Power: RTL 级功耗分析，Joules, PA;

仿真器：C, S, M 三家都有各自的仿真工具;

综合：Genus, DC;

接着捋，实际项目中验证跟综合从RTL coding 开始就会交叉进行，反复迭代。

语言：各种脚本语言之外，C/C++, SystemVerilog, Verilog；

协议：各种接口协议，各种通信协议，各种总线协议；

工具：动态仿真工具，静态仿真工具，FPGA, Emulator；

Static Verification: Jasper Gold 是C 家新近推出的静态验证工具，驴所理解的静态验证是基于断言的验证方法学，所谓静态即不需要输入测试激励，验证过程是纯数学行为。

Dynamic Verification: Xcelium 是C 家的动态验证工具，驴所理解的动态验证是基于UVM 的验证方法学，通过输入测试激励，监控仿真结果，分析覆盖率完成功能验证。

Emulator: 硬件仿真加速器，粗暴理解：有debug 功能的集成了丰富接口的巨型可编程阵列；特点：超高速验证、支持系统软件调试。帕拉丁是C 家在验证领域的明星产品，是行业翘楚，据说常有钦差莅临硅厂在帕拉丁前驻足良久，赏其外形之美，赞其功能之强。

Verification IP:验证需要各种验证模型，各种IP, 各种总线，各种高速接口。

FPGA 的一大应用是验证，故提一嘴。在世上曾经有两家牛逼闪闪的FPGA 公司，一家是Altera 另一家是Xilinx, 后来Altera 像Mentor 一样找了个大爷把自己卖了。FPGA 内除了可编程逻辑之外，通常还会集成各种IP, 如CPU, DSP, DDR controller 等。每家FPGA 都有各种配置，根据集成的IP, 可编程逻辑的规模，可达到的速度，价格相差极大。相对于ASIC, FPGA 也有一套对应的EDA 工具，用于综合、布局布线、烧录、调试。如：Synplify, Quartus。

接着上面说的我们继续捋数字芯片设计实现流程，今天进入实现阶段，对于这一段驴只熟悉其中的综合、形式验证、低功耗验证、RTL 功耗分析、STA, 其他部分都是一知半解，故无深究，只捋流程。

整个实现阶段，可以概括成玩EDA 工具及基于EDA 工具的方法学，EDA 工具无疑是实现阶段的主导，一颗芯片做得好不好，在实现阶段之前基本取决于工程师的能力强不强，而在实现阶段之后基本取决于EDA 工具玩得好不好。整个设计实现流程，涉及到许多工具，此处列出四家主要参与者，空白部分不代表没有，只代表驴不知。

高级综合：所谓的高级综合就是将C/ C++/ System C描述的设计意图，“翻译”成用Verilog/ System Verilog 描述的RTL, 多应用于运算逻辑主导的设计，除了三巨头，市面上有许多小公司在这一个点上也做得不错。

综合：在实现流程中，就背后算法而言，综合一定是最难最复杂的。综合首先将Verilog/ System Verilog/ VHDL 描述的逻辑转化成由Gtech 描述的逻辑，再对Gtech 逻辑做优化，优化后再将Gtech 描述映射到对应工艺库。其中优化过程涉及到多个方面，近年来EDA 工具的发展方向基本可以概括为：容量，速度，相关性。容量：指可处理的设计规模；速度：指EDA 工具的优化速度；相关性：指跟布局布线之间的相关性。主流工具：Genus, Design Compiler. 在这一点上，几乎再难有后起之秀，除非有朝一日，整个数字电路的设计方法学发生颠覆性的革新。

硅农：Innovus 请解析A 文件，按设定目标做个功耗最优的结果；

Innovus: 已读取目标文件，根据设计数据分析，本设计大概需要250G 内存，在5小时内完成，请选择任务完成后是否自动进入后续程序......

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