设计一颗芯片有多难？
2021-04-23
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来源：
新思科技
芯片，是世界上最细微、也是最宏大的工程。芯片设计开发者将上百亿个晶体管集成到一个总面积低于手指甲尺寸的芯片上，从微米级到纳米级再到正在探索的量子级，人类在数字世界中求解物理世界问题的能力越来越强大。
一场探索星辰大海的旅程，你准备好了吗？
需求定义
以设计一款手机芯片为例，在直播和Vlog盛行的今天，高清拍摄和美颜就是其需求之一。需求明确后，需要进一步确定纳米工艺和IP核选型等。
功能实现
功能实现可以理解为通过编写代码来实现“高清拍摄”和“美颜”的需求。开发者们一般用Verilog或者VHDL等硬件描述语言，编写至少百万行起的代码，最终实现所有功能。
IP核的使用是提高设计效率的不二选择。IP核可以理解为已经设计完善的可重用模组。如果把芯片比作汽车，那么IP核就是轮胎、方向盘、发动机等标准组件，可以直接整合组装到汽车上。
功能验证
在芯片集成度越来越复杂的今天，功能验证是保障最终流片成功非常重要的一步。目前一辆智能汽车中可能含有上亿行代码，那么如何保证这些代码精准可靠呢？靠人工来纠错显然是不可能的，因此需要通过多种手段配合EDA工具来对代码进行反复的迭代验证，其中包括提前发现代码中的bug并持续修改，找到需要优化的性能和功耗，直到符合最初定义的芯片需求。
逻辑综合
在功能验证后，开发者需要将准确无误的代码转换成逻辑电路图，这一步被称之为“逻辑综合”。早期，开发者们都是手工绘制芯片电路，但现在的芯片动辄包含几亿甚至数百亿个晶体管，已经不可能再靠手工绘制电路图了。
1986年具有划时代意义的EDA工具——Design Compiler诞生，使最早手动绘制芯片电路的开发者们可以用代码将电路描述出来，让开发者有机会在今天设计出包含上百亿个晶体管的复杂芯片。
物理实现
从最初的代码，到逻辑电路，再到晶体管电路（即物理版图），芯片设计的流程正在一步步推进。在设计物理版图时，需要确保所有电路单元的正确连接，并符合制造时的工艺要求。物理版图是基于逻辑综合后的成果进行电路布局与绕线，从而形成晶体管在芯片上的形状、面积与位置，这一过程就是物理实现。
晶圆制造
在满足所有要求后，芯片设计才算大功告成。之后，开发者们只需要将物理版图用标准的文件格式交给晶圆厂，在晶圆硅片上雕刻出实际的电路。
封装测试
封装和测试是最后一步，之后便得到了我们实际看见的芯片。
芯片诞生的整个过程至少需要1到2年的时间
在经历数次技术革命后，人类重构世界的能力呈指数级增长。不断演进的EDA与IP核技术，将帮助人类创造出功能更强大的芯片，连接起数字世界与物理世界，抵达数字世界的未竟之境。
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