
酷游KU游|dnf武者|一文看懂芯片的设计流程
2025.07.28
九州ku酷游电子科技
酷游九州网址✿★★!机房服务✿★★!酷游✿★★,酷游KU游✿★★。九州酷游官网✿★★,简单来说✿★★,就是先做芯片整体设计(功能✿★★、接口✿★★、模块)✿★★,再做各个模块的设计✿★★。做模块设计的时候✿★★,先设计逻辑原理(写代码)✿★★,然后再用EDA工具转化为逻辑电路图(网表)✿★★,最后再设计物理电路图(版图)✿★★。
这不是领导拍脑袋决定的✿★★,而是需要芯片设计团队和客户(甲方)以及利益相关方进行充分沟通✿★★,了解具体设计需求之后确定的✿★★。
需求包括✿★★:到底要实现什么功能✿★★,用于什么环境✿★★,算力✿★★、成本✿★★、功耗大概是多少✿★★,需要提供哪些接口✿★★,需要遵循什么安全等级✿★★,等等✿★★。
架构工程师要根据规格Spec✿★★,设计具体的实现方案✿★★。包括但不限于✿★★:整个芯片的架构✿★★、业务模块✿★★、供电✿★★、接口✿★★、时序✿★★、性能指标✿★★、
如果芯片主要用于通用计算和数据处理✿★★,冯・诺依曼架构可能是一个合适的选择✿★★。如果侧重于高速的数据处理和实时性要求高的应用✿★★,如数字信号处理或一些特定的嵌入式系统✿★★,哈佛架构可能更具优势✿★★。
架构师还要确定哪些功能可以用软件实现✿★★,哪些部分需要用硬件实现✿★★。上篇小枣君介绍过IP核✿★★,哪些部分要采购IP核✿★★,哪些部分自己做dnf武者✿★★,也是由架构师决定的✿★★。
针对各模块进行具体的电路设计✿★★。他会使用专门的硬件描述语言(Verilog或VHDL)✿★★,对具体的电路实现进行RTL(Register Transfer Level✿★★,
Verilog作为一种常用的硬件描述语言✿★★,能够对电路(系统)进行多层次描述✿★★,包括系统级✿★★、算法级✿★★、寄存器传输级(RTL级)✿★★、门级和开关级✿★★。在数字IC设计流程中✿★★,RTL级描述最为关键和常用✿★★。因此✿★★,Verilog代码也常被称作RTL代码✿★★。
需要注意的是✿★★,HDL编码需要结合晶圆厂提供的库(libaray)和器件(device)等基础资源来设计酷游KU游✿★★。有些芯片设计工程师也会基于晶圆厂提供的资源✿★★,进行底层优化设计✿★★。
这一步的仿真验证✿★★,主要包括电路逻辑功能方面的验证✿★★,也就是证明设计的功能是否符合设计规格中的定义✿★★,是否存在逻辑实现错误✿★★。
如果发现错误✿★★,就需要返回上一步dnf武者✿★★,进行修改✿★★,甚至要返回方案设计阶段进行修改✿★★。修改之后✿★★,再重新进行验证✿★★。
验证方法包括✿★★:(借助工具)通过在搭建的验证环境中输入激励(就是加输入信号)✿★★,然后看检测输出波形是否和预期一样✿★★,以此来进行判断✿★★。
验证仿真的工具主要包括VCS✿★★、Qustasim等EDA工具(进行编译和仿真)✿★★,以及Verdi等工具(进行debug)✿★★。
优化✿★★:逻辑综合需要设定约束条件✿★★,也就是希望逻辑综合出来的电路在面积✿★★、时序✿★★、时延等(PPA)目标参数上达到的标准✿★★。优化✿★★,是根据约束条件和工艺库(由晶圆厂提供)参数✿★★,进行逻辑结构调整dnf武者✿★★,去掉冗余单元✿★★,以此满足要求✿★★。
需要注意的是酷游KU游✿★★,不同晶圆厂的工艺库✿★★,门电路基本标准单元(standard cell)的面积✿★★、时序参数是不一样的✿★★。所以✿★★,选用的库不一样✿★★,综合出来的电路在面积✿★★、时序上就不一样✿★★。
Static Timing Analysis✿★★,STA)酷游KU游✿★★,也属于验证的范畴✿★★,主要是在时序上对电路进行验证✿★★。
具体来说✿★★,是在不提供激励的情况下✿★★,验证设计时序特性✿★★,检查电路是否存在建立时间(setuptime)和保持时间(holdtime)的违例(violation)
电子设备由时钟信号驱动✿★★,如果时序存在问题dnf武者✿★★,各个模块之间的工作节奏就会错乱✿★★,影响各个元件以及整个芯片的工作频率✿★★,进而影响整体性能✿★★。
在数字电路中✿★★,一个寄存器如果出现前面说的违例✿★★,就无法正确采样数据和输出数据✿★★。所以✿★★,以寄存器为基础的数字芯片功能✿★★,就会出现问题✿★★。
通过详细的时序分析✿★★,工程师可以更好地控制工程的各个环节✿★★,从而减少延迟✿★★,尽可能地提升芯片的工作频率✿★★。
芯片的最高工作频率由网表(netlist)的关键路径决定✿★★。关键路径是网表中信号传播时延的最长路径✿★★。
在时序分析的过程中✿★★,我们可以查看目标模块是否满足预设的约束条件✿★★。如果不满足✿★★,分析结果将帮助我们精确地定位到问题点✿★★,并给出详细的改进建议✿★★。
时钟信号存在抖动✿★★、偏移和占空比失真等缺陷✿★★。通过时序分析✿★★,我们可以有效地验证这些缺陷对目标模块性能的影响✿★★。
在前端设计的最后阶段✿★★,需要完成代码覆盖率的充分性审查✿★★。对于未达到100%覆盖率的情况✿★★,需要给出合理解释✿★★,以确保芯片功能不受影响✿★★。
不同的EDA工具✿★★,生成的网表文件的文件格式也不太一样✿★★。例如*.v(Design Compiler✿★★,Synopsys公司)✿★★、*.vh(PKS✿★★,Cadence公司)和*.edf(Synplify
现在的芯片都很复杂✿★★,出现问题的话✿★★,往往很难查找原因✿★★。可测试性设计就是为将来找问题进行提前考虑✿★★。
Scan-In阶段加载激励信号✿★★,在Capture阶段捕获组合逻辑响应✿★★,最终通过Scan-Out移出比对✿★★,就能得出结果✿★★。
可测性设计技术的基础评价指标包括可控性和可观测性✿★★。具体情况可以另行搜索网上资料酷游KU游✿★★,限于篇幅就不多介绍了✿★★。
它需要考虑到元件的尺寸✿★★、形状✿★★、相互之间的间距✿★★,以及连线的长度和宽度等各种复杂因素✿★★。布局的好坏✿★★,直接影响到芯片的信号抗干扰能力✿★★、寄生电容和电感的大小✿★★,决定了芯片的整体性能和可靠性✿★★。
好的物理布局✿★★,是要实现空间利用率✿★★、总线长度酷游KU游✿★★、时序的完美平衡✿★★。也就是说✿★★,空间利用率要尽量高✿★★,总线要尽量短✿★★,时序要尽量收敛✿★★。
设计者需要根据电路的功能和性能要求✿★★,以及硅片的尺寸和工艺约束✿★★,来安排电路元件的位置✿★★。例如✿★★,设计者可能需要将高速或者热敏感的电路部分放在芯片的中心位置✿★★,以便获得更好的性能和热分布✿★★。
在布局规划的过程中✿★★,同样要紧密结合晶圆厂的资料来✿★★。例如✿★★,晶圆厂提供的PDK(Process Design Kit✿★★,工艺设计套件)✿★★。
PDK包含了工艺相关的各种参数和模型✿★★,比如晶体管尺寸✿★★、层间距✿★★、金属氧化层厚度等✿★★,就连线宽dnf武者✿★★、线距等设计规则都与之相关✿★★。如果脱离PDK✿★★,你设计的东西✿★★,人家根本生产不了✿★★,就是白搭✿★★。
前面说了✿★★,时钟信号在数字芯片中起到了全局指挥的作用✿★★。我们在布放时钟线的时候✿★★,需要对称式地连接到各个寄存器单元✿★★,从而使时钟从同一个时钟源到达各个寄存器时✿★★,时钟延迟差异最小✿★★。(
这里的布线(Routing)✿★★,就是普通信号布线了✿★★,包括各种标准单元(基本逻辑门电路)之间的走线✿★★。
在满足工艺规则和布线层数限制✿★★、线宽✿★★、线间距限制和各线网可靠绝缘的电性能约束条件下✿★★,需要对信号线进行合理规划✿★★,将各单元和I/O pad(输入/输出焊盘管脚)连接起来✿★★。
设计者需要根据信号的频率和时序要求✿★★,以及工艺的布线规则dnf武者✿★★,来安排信号线的路径和层次酷游KU游✿★★。例如✿★★,设计者可能需要使用多层金属线来实现复杂的信号交叉✿★★,或者使用特殊的布线技术来降低信号的传播延迟✿★★。
图中✿★★,我们可以清晰地看到蓝✿★★、红✿★★、绿✿★★、黄等不同色彩的区域✿★★,这些色彩区域分别对应着不同的光掩模版(后面会说✿★★,芯片制造篇也提到过)✿★★。
导线本身的电阻✿★★、相邻导线间的互感及耦合电容等因素(寄生参数)✿★★,会在芯片内部引发信号噪声✿★★、串扰和反射等问题✿★★,导致
在电路的每个单元位置和各项参数都已确定的情况下✿★★,需要再次进行静态时序分析✿★★,以确保结果的准确性✿★★。
它是在物理布局完成后进行✿★★,通过注入实际物理参数(如延时✿★★、寄生效应)✿★★,验证芯片在真实工艺条件下的时序✿★★、功耗及信号完整性✿★★,确保设计可制造且可靠
时序验证前面说过✿★★,是检查建立时间(Setup Time)✿★★、保持时间(Hold Time)是否满足✿★★,避免信号竞争✿★★、毛刺等问题✿★★。
LVS(Layout vs. Schematic)✿★★:版图对原理图一致性检查酷游KU游✿★★,就是版图与逻辑综合后的门级电路图的对比验证✿★★。
DRC(Design Rule Checking)✿★★:版图设计规则检查✿★★,检查连线间距✿★★,连线宽度等是否满足工艺要求✿★★。规则通常都由晶圆厂提供✿★★,确保设计在制造过程中不会出现物理上的问题✿★★,例如短路✿★★、开路✿★★、间距不足等✿★★。
ERC(Electrical Rue Checking)✿★★:电气规则检查✿★★,检查短路和开路等电气规则违例✿★★。
功耗分析是确保芯片性能(Performance)✿★★、功耗(Power)和面积(Area)(简称PPA)平衡的核心环节✿★★。
它其实贯穿于芯片设计的整个流程✿★★,在前面我们也有提到相关流程✿★★。它的两大任务是分析IR drop(电压降)和EM(电迁移)✿★★,防止因此导致的芯片失效✿★★。
也就是局部修改单元位置或布线✿★★,解决STA或后仿真发现的违例问题✿★★。通过工程变更✿★★,可以避免重新设计✿★★。
对于目前越来越复杂的工艺✿★★,实现签核收敛(即所有检查均通过)变得越来越困难✿★★。这主要是因为多种物理效应(如工艺偏差OCV✿★★、信号完整性SI✿★★、电源完整性PI✿★★、热效应等)之间存在复杂的相互作用✿★★。
因此✿★★,签核工具需要具备更精确的建模能力✿★★、更全面的分析功能✿★★,并且常常需要AI的辅助来加速分析和收敛过程✿★★。
以上✿★★,就是后端设计的主要流程✿★★。在实际项目中✿★★,其实还包括了附加流程✿★★,例如填充单元插入✿★★,以及随着制造工艺不断演进产生的DFM(可制造性设计)等✿★★。大家有兴趣可以另外研究✿★★。
因为在上世纪七八十年代dnf武者✿★★,芯片的设计数据都是写到磁带或者胶片里传给工厂✿★★。设计团队将数据写入磁带✿★★,叫Tape in✿★★。工厂读取磁带的数据✿★★,叫Tape out✿★★。随着时间的推移✿★★,磁带早已不用了✿★★,但是这个叫法一直沿用了下来✿★★。
Ⅱ版图文件✿★★,对涂有光刻胶的空白掩膜版进行非接触式曝光dnf武者✿★★。这个步骤将照射掩膜版上预先设定的图形区域✿★★,引发光刻胶的光化学反应✿★★。
3✿★★、采用铬刻蚀液进行湿法刻蚀✿★★,将暴露的铬层刻蚀掉✿★★,以形成透光区域✿★★。同时✿★★,受光刻胶保护的部分铬层则得以保留✿★★,从而形成不透光区域✿★★。
如果成功✿★★,那就congratulations✿★★!如果失败✿★★,就要评估能不能降级使用✿★★。如果不能✿★★,那就要么砸钱重来✿★★,要么宣告放弃✿★★!