报告围绕数字芯片设计展开,涵盖基本概念、核心流程及关键环节,系统梳理数字芯片从需求到流片的全流程要点。
数字芯片设计是将电子系统转化为物理集成电路的复杂过程,需多阶段协作与严格验证。设计层级从上至下分为系统层、RTL层、门级层等六级,最终输出物为掩模(光掩模版),是光刻步骤的关键依据。设计思路已从早期“自底向上”手绘版图,转变为当前主流的“自顶向下”,即先完成系统级设计,再逐步细化下层设计。流程分为规格设计、系统设计、前端设计(逻辑设计)、后端设计(物理设计)四阶段,前端聚焦功能正确性,后端关注物理实现与工艺约束,两者在关注点、输出物等维度差异显著。
工具方面,已从手工设计发展到EDA(电子设计自动化)阶段,EDA是贯穿芯片研发生产的软件统称,全球市场由Synopsys、Cadence等三家企业主导,国内企业市场份额较小。IP核作为可复用模块化功能单元,分软核、固核、硬核,能大幅减少设计工作量,降低复杂度。
规格设计是首步,需明确芯片功能、算力、功耗等需求,形成规格说明书。系统设计阶段,架构工程师依据规格设计实现方案,确定芯片架构、模块划分及IP核采购等关键事项。前端设计核心是将功能需求转化为电路逻辑,包括HDL编码(用Verilog等语言描述逻辑功能)、仿真验证(前仿真验证功能正确性)、逻辑综合(将RTL代码转化为门级网表)、静态时序分析(验证时序特性)、形式验证(确认网表功能等效性)等步骤,各阶段输入输出及核心工具明确。
展开剩余82%后端设计聚焦物理实现,将网表转化为版图,步骤包括可测性设计(插入测试电路)、物理布局(含布局规划、布局、时钟树综合、布线)、寄生参数提取与信号完整性分析、后仿真(验证真实工艺下性能)、物理验证(含LVS、DRC等检查)、功耗分析、工程变更及签核。签核是流片前最后把关,通过后方可输出GDSⅡ文件送晶圆厂流片。流片即试生产,晶圆厂依文件制作掩模版,芯片企业测试样片,成功则批量生产,失败需评估后续方案。
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