芯片設(shè)計(jì)的步驟(前端設(shè)計(jì)篇)
芯片,又稱微電路(microcircuit)、微芯片(microchip)、集成電路(英語:integrated circuit, IC)。是指內(nèi)含集成電路的硅片,體積很小,常常是計(jì)算機(jī)或其他電子設(shè)備的一部分。
芯片一般是指集成電路的載體,也是集成電路經(jīng)過設(shè)計(jì)、制造、封裝、測試后的結(jié)果,通常是一個(gè)可以立即使用的獨(dú)立的整體。芯片和集成電路這兩個(gè)詞經(jīng)?;熘褂?,比如在大家平常討論話題中,集成電路設(shè)計(jì)和芯片設(shè)計(jì)說的是一個(gè)意思,芯片行業(yè)、集成電路行業(yè)、IC行業(yè)往往也是一個(gè)意思。實(shí)際上,這兩個(gè)詞有聯(lián)系,也有區(qū)別。
集成電路實(shí)體往往要以芯片的形式存在,因?yàn)楠M義的集成電路,是強(qiáng)調(diào)電路本身,比如簡單到只有五個(gè)元件連接在一起形成的相移振蕩器,當(dāng)它還在圖紙上呈現(xiàn)的時(shí)候,我們也可以叫它集成電路,當(dāng)我們要拿這個(gè)小集成電路來應(yīng)用的時(shí)候,那它必須以獨(dú)立的一塊實(shí)物,或者嵌入到更大的集成電路中,依托芯片來發(fā)揮他的作用;集成電路更著重電路的設(shè)計(jì)和布局布線,芯片更強(qiáng)調(diào)電路的集成、生產(chǎn)和封裝。而廣義的集成電路,當(dāng)涉及到行業(yè)(區(qū)別于其他行業(yè))時(shí),也可以包含芯片相關(guān)的各種含義。
芯片設(shè)計(jì)流程
芯片設(shè)計(jì)分為前端設(shè)計(jì)和后端設(shè)計(jì),前端設(shè)計(jì)(也稱邏輯設(shè)計(jì))和后端設(shè)計(jì)(也稱物理設(shè)計(jì))并沒有統(tǒng)一嚴(yán)格的界限,涉及到與工藝有關(guān)的設(shè)計(jì)就是后端設(shè)計(jì)。
前端設(shè)計(jì)的步驟
1. 規(guī)格制定
芯片規(guī)格,也就像功能列表一樣,是客戶向芯片設(shè)計(jì)公司(稱為Fabless,無晶圓設(shè)計(jì)公司)提出的設(shè)計(jì)要求,包括芯片需要達(dá)到的具體功能和性能方面的要求。
2. 詳細(xì)設(shè)計(jì)
Fabless根據(jù)客戶提出的規(guī)格要求,拿出設(shè)計(jì)解決方案和具體實(shí)現(xiàn)架構(gòu),劃分模塊功能。
3. HDL編碼
使用硬件描述語言(VHDL,Verilog HDL,業(yè)界公司一般都是使用后者)將模塊功能以代碼來描述實(shí)現(xiàn),也就是將實(shí)際的硬件電路功能通過HDL語言描述出來,形成RTL(寄存器傳輸級(jí))代碼。
4. 仿真驗(yàn)證
仿真驗(yàn)證就是檢驗(yàn)編碼設(shè)計(jì)的正確性,檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)就是第一步制定的規(guī)格??丛O(shè)計(jì)是否精確地滿足了規(guī)格中的所有要求。規(guī)格是設(shè)計(jì)正確與否的黃金標(biāo)準(zhǔn),一切違反,不符合規(guī)格要求的,就需要重新修改設(shè)計(jì)和編碼。 設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證是反復(fù)迭代的過程,直到驗(yàn)證結(jié)果顯示完全符合規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)。
5. 邏輯綜合――Design Compiler
仿真驗(yàn)證通過,進(jìn)行邏輯綜合。邏輯綜合的結(jié)果就是把設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的HDL代碼翻譯成門級(jí)網(wǎng)表netlist。綜合需要設(shè)定約束條件,就是你希望綜合出來的電路在面積,時(shí)序等目標(biāo)參數(shù)上達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)。邏輯綜合需要基于特定的綜合庫,不同的庫中,門電路基本標(biāo)準(zhǔn)單元(standard cell)的面積,時(shí)序參數(shù)是不一樣的。所以,選用的綜合庫不一樣,綜合出來的電路在時(shí)序,面積上是有差異的。一般來說,綜合完成后需要再次做仿真驗(yàn)證(這個(gè)也稱為后仿真,之前的稱為前仿真)。
6. STA
Static Timing Analysis(STA),靜態(tài)時(shí)序分析,這也屬于驗(yàn)證范疇,它主要是在時(shí)序上對電路進(jìn)行驗(yàn)證,檢查電路是否存在建立時(shí)間(setup time)和保持時(shí)間(hold time)的違例(violation)。這個(gè)是數(shù)字電路基礎(chǔ)知識(shí),一個(gè)寄存器出現(xiàn)這兩個(gè)時(shí)序違例時(shí),是沒有辦法正確采樣數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)的,所以以寄存器為基礎(chǔ)的數(shù)字芯片功能肯定會(huì)出現(xiàn)問題。
7. 形式驗(yàn)證
這也是驗(yàn)證范疇,它是從功能上(STA是時(shí)序上)對綜合后的網(wǎng)表進(jìn)行驗(yàn)證。常用的就是等價(jià)性檢查方法,以功能驗(yàn)證后的HDL設(shè)計(jì)為參考,對比綜合后的網(wǎng)表功能,他們是否在功能上存在等價(jià)性。這樣做是為了保證在邏輯綜合過程中沒有改變原先HDL描述的電路功能。
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