集成电路设计和房屋设计事理上是相似的。假设你要设计房屋,假设你要设计IC((integrated circuit)芯片,第一步要做什么?,第一步要想,你要做什么?这便是所谓的SPEC.,SPEC.见告你要做一个打算机IC芯片,对应设计房屋,例如你要设计一座大别墅。
SPEC.见告你要设计什么芯片,接下来便是RTL(Register-Transfer-Level) Code,你要设计的打算机芯片紧张有什么功能呢?比如最最少能实现四则运算,加减乘除,RTL Code要设计加法器,减法器,乘法器,除法器等;对应你的别墅设计要三层楼,五个寝室,三间厕所,两个客厅,一个厨房等等。
RTL Code完成后须要做Pre-Simulation,也便是仿照,你写的加法器,是否能精确运算,1+1=2,不能算出来即是3吧,减法器也是如此,你写的每个元件都要进行Pre-Simulation,确定能实现相对的功能;Pre-Simulation在别墅设计中对应的是,你设计的厨房要可以煮饭,厕所是不能煮饭的吧,寝室可以睡觉,客厅可以接待客人等等。仿照完往后进行Synthesis合成,所谓的合成,在IC设计过程中,标准库里有一些元件可以直接拿来用,用来实现你想要的功能;Synthesis在别墅设计中对应的便是去商店买家具,比如客厅须要沙发,寝室须要床,厕所须要马桶,你不用自己设计制作,可以直接去宜家购买。Synthesis的目标是用最少的标准元件实现功能,你的芯片性能就越好,这就彷佛在别墅设计中,有的设计师能力弗成,厕所设计了三个马桶,这就不合理,资源摧残浪费蹂躏,别墅设计的目标便是用最少的家具材料实现最完善的功能。

合成完往后就可以把RTL Code转换成Gate level Netlist,这时候还是抽象的标准元件,详细摆放位置,如何连线还不知道;对应别墅设计中,你只知道须要多少张床,多少马桶,电视,柜子数量等等,但是详细摆放位置还不知道。接下来便是Placement,确定标准元件在芯片上的详细位置;对应别墅设计中客厅在几楼,厕所在几楼,寝室在哪里。标准元件摆放位置影响芯片性能,例如你把厕所放在别墅四楼,那你每次都要爬到四楼上厕所,这显然不好,厕所位置放在每层楼靠近窗户位置肯定最合理,如果放在中间位置,那肯定臭去世了,Placement同理,每个标准元件摆放位置一定要合理。Placement结束后是Routing的步骤,决定标准元件在芯片中的连线,对应别墅中,水管如何铺设,电线如何走向等等。
接下来便是Layout,是一份详细的,详细的IC设计图纸,所有元件的位置,以及布局走线的方向等等;对应别墅的详细设计图纸。有了详细设计图纸,然后便是Post-Simulation&Verification,其浸染便是验证这张IC设计图纸真的能实现打算机的功能,可能乘法运算有问题,这就须要修正;对应别墅设计中,你须要确定每个房间,每个设计是否知足你的哀求,比如你须要寝室要有阳台等等。验证没有问题接下来便是Tape-out,将Layout给IC制造公司,请他们帮忙制造,别墅设计中接下来便是将设计图纸交给建筑商,请他们帮忙施工。Fabrication便是芯片制造;对应便是打地基,砌砖,盖屋子。
制造完往后是Packaging & Testing,先测试制造的芯片有没有问题,然后在封装保护芯片;屋子盖好往后,须要进行测试,比如抗震测试,泄电测试,水管是否连通等等。
末了便是成品Chip,对应便是屋子盖好咯。
以上大略先容IC芯片从设计到制造完成的过程,实际过程远比这繁芜,每个步骤都有相应的公司,目前还没有一家可以从头到尾完成。接下来给大家讲一下各个流程每家公司扮演的角色。
在Tape-out之前,都是在设计阶段,IC设计公司被称为Design House,著名的公司有高通,海思,联发科,展讯等等,为什么有这么多design house呢?很好理解,就像房屋设计,有的设计公司善于居民楼设计,有的善于阛阓设计,有的善于工厂厂房设计等等。Design House里面还有一类公司叫EDA company,它是供应所有IC 设计过程中 的软件 ,有Cadence,Synopsys,SIEMENS等,就像在你设计盖屋子的时候,不可能拿出纸笔进行手绘吧,现在都是用AUTO-CAD,用软件赞助设计,EDA软件可以理解为AUTO-CAD软件。
Tape-out之后便是fabrication,芯片制造公司便是所谓 的Foundry,制造工厂称为Fab,著名的公司有TSMC,GF(不是女票,是global foundry),SMIC,HHgrace等等。
制造完之后是封装测试,Assembly & Test,著名的公司有日月光 ASE(没错,便是那个徐汇日月光阛阓,实在它的主营业务是半导体封测),矽品SPLI(学中文的妹子知道,矽是硅元素的旧称,台湾地区把硅元素称为矽)。
半导体集成电路家当极其繁芜,分工互助非常主要,海内半导体公司,海思是设计龙头,中芯国际是制造龙头 ,长电是封测龙头,各公司与国际公司还有差距,仍需连续努力。
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