数字芯片流程

 

　　芯片设计分为前端设计和后端设计，前端设计（也称逻辑设计）和后端设计（也称物理设计）并没有统一严格的界限，涉及到与工艺有关的设计就是后端设计。

需求分析

　　产品要解决什么问题，预测未来 3-5 年的走势和趋向，确保芯片是有卖点和前瞻性，面向未来。客户向 fabless（芯片设计公司）提出设计要求，包括芯片需要达到的具体功能和性能方面的要求，让架构师可以进行细化。

功能架构设计

　　架构师将系统功能进行分解和细化，形成 spec 规范，将设计参数化、具体化。包括处理器架构的选择：ARM、RISC-V；

　　总线接口选择：AHB、AXI、APB；

　　软硬件功能的划分：硬件速度快，性能高，灵活性差。软件速度慢、性能差灵活性高开发周期短。

　　性能参数：引脚选择，电压频率、工艺选择、功耗和温度范围。

前端流程

RTL 编码

　　使用硬件描述语言将模块功能以代码来描述实现。图形输入工具：Cadence 的 composer

功能仿真验证（前仿）

　　功能仿真，对 RTL 级的代码进行设计验证，检验设计功能的正确性，是否满足规格中的所有要求。

　　仿真工具：Modelsim、VCS

逻辑综合

　　基于特定的工艺库，设定电路的面积、时序等目标参数的约束条件，将设计的 RTL 级代码映射为门级网表 netlist。逻辑综合需要基于特定的综合库，不同的库中，门电路基本标准单元（standard cell）的面积，时序参数是不一样的。

综合完成后需要再次做仿真验证（这个也称为后仿真，之前的称为前仿真）。逻辑综合工具：Design Compiler

STA 静态时序分析

　　在时序上对电路进行验证，检查电路是否存在建立时间（setup time）和保持时间（hold time）的违例。

　　STA 工具：Synopsys 的 Prime Time。（PT）

形式验证 Formality

　　从功能上对综合后的网表进行验证，将综合后的网表与验证后的 HDL 设计对比，看他们是否在功能上存在等价性，保证逻辑综合过程中没有改变 HDL 描述的电路功能。

　　形式验证工具：Synopsys 的 Formality

后端流程

DFT

　　可测性设计，在设计中插入扫描链。SCAN、Mbist、ATPG 技术等。

　　为了保证芯片内部的制造缺陷尽量能够被检测到，通过在电路中插入扫描链（Scan Chain）的方式，测试 IC 在生产制造过程中是否出现问题。加入 DFT 会增加 20~30的面积。但为了保证良率，为了给客户的片子是合格的需要将具有缺陷（工厂制造缺陷）的片子筛除。

布局规划

　　放置芯片的宏单元模块，在总体上确定各种功能电路的摆放位置，能影响芯片的最终面积。如 IP 模块、RAM、I/O 引脚等摆放位置。

　　工具：IC Compiler

时钟树综合 CTS

　　时钟的布线，时钟分布 H 型或树形，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。

　　工具：PC

布线

　　将前端提供的网表实现成版图，包括各种标准单元之间的走线。

寄生参数提取

　　由于导线本身存在的电阻，相邻导线之间的互感、耦合电容在芯片内部会产生信号噪声、串扰和反射。提取寄生参数进行再次分析验证，分析信号完整性问题。

物理版图验证

　　对布线完成的版图进行功能和时序上的验证

　　LVS：版图和逻辑综合后的门级电路图对比验证

　　DRC：设计规则检查，检查连线间距，连线宽度。

　　ERC：电气规则检查，检查短路开路。

　　实际的后端流程还包括电路功耗分析，以及随着制造工艺不断进步产生的 DFM（可制造性设计）问题。物理版图以 GDS II 的文件格式交给芯片代工厂（称为 Foundry）在晶圆硅片上做出实际的电路，再进行封装和测试，就得到了可使用的芯片。