1.需求分析與架構探索:(架構設計- Genesis 芯神匠)
整個芯設計流程總的說來就是創意+設計+驗證+制造生產,不過起點都是需求分析。簡單來說就是這芯片用來干啥?芯片可以分為數字芯片和模擬芯片。屏幕前的你,手中的手機就是由一個個大大小小的芯片集成。其中實現整個畫面、音頻高清流暢的主要是數字芯片,而且還是數字SoC。這也是如今需求最旺的一類芯片。
經過市場調研分析,明確真實需求后,工程師們會說:先開一個spec(Specification)。 Spec,就是類似于產品規格說明書。拿著這份spec,架構團隊確定基本架構和模塊分解,最終設計出一個系統架構并進行建模仿真,確保Power 功耗、 Performance 性能、Area 面積等指標可實現,也就是業內常提到的 PPA 衡量標準,這可是芯片設計的終極目標。一旦確定,架構團隊就可以將文檔移交給設計團隊,之后便進入前端設計階段,用SystemVerilog/Verilog或VHDL硬件描述語言進行百萬行起的代碼編寫和軟件開發。
2.前端設計/功能驗證:(軟件仿真- PegaSim 芯神馳;硬件仿真- OmniArk 芯神鼎;原型驗證- Prodigy 芯神瞳)
面對龐雜的代碼,如何確保設計可靠?這就需要對設計進行前端驗證,統稱功能驗證,也就是檢查代碼是否與當初的spec相符。軟件仿真、硬件仿真和原型驗證等方法學基本覆蓋了整個前端驗證方法,工程師們針對不同階段需結合使用不同驗證的方法學。
軟件仿真適合小型設計和模塊級仿真。其實從早期的需求分析與架構探索就可以使用,可以覆蓋功能驗證中的RTL級仿真也可以配合超大容量硬件仿真加速器和快速原型系統等在多個應用場景協同工作。可以說是每個驗證工程師常規必備的EDA工具。
硬件仿真是對完整的SoC設計進行加速仿真并調試,包括SoC設計的系統級功能驗證、IP設計驗證,多應用于設計前期的RTL功能驗證。與原型驗證系統相比,最大的優點就是其強大的調試能力,可以檢查出有沒有深度錯誤或性能瓶頸。
而原型驗證是通過將RTL移植到現場可編程門陣列來驗證芯片功能,因此可實現比軟件仿真和硬件仿真更快的仿真性能。它會幫助工程師在芯片設計過程中搭建軟硬件一體的系統驗證環境,多用于SoC設計后期的系統級功能和性能驗證。
在流片前工程師們就可以在SoC的基本功能驗證通過后,立刻開始驅動和應用軟件開發。甚至可以在流片前就給有需求的客戶進行芯片演示,進行預售。而且縮短了整個驗證周期,加速了產品上市時間。原型驗證因其優異的性能,靈活可擴展等特性,受到各大芯片設計團隊的廣泛青睞,越來越多地應用于軟件開發、硬件驗證和系統驗證中。
3.后端設計/物理實現:
前端設計結束后便是后端設計,即將設計進行物理實現,布局布線。這個時候,需要把網表轉換成制造工廠可以看懂的文件,也就是轉化為制造工廠可以用來制造光罩的圖形文件。
4.流片、封裝、測試:
完成了以上這些,芯片設計基本算結束了,下一步就是流片,也就是先搞個樣品,檢測一下設計的芯片能不能用。這樣的一步通常會花費幾百到幾千萬美金不等。“燒錢”都沒有那么快的!一次流片失敗,可能就會把芯片設計公司直接搞垮,因此芯片驗證就顯得尤為重要。因為如果沒有進行充分的功能驗證,設計中所存在的漏洞就很難在后面的物理設計階段被發現,而只能在流片之后才會被測試出來,這就導致設計成本的嚴重攀升和芯片上市時間的延遲。
流片成功后就可以對芯片進行封裝、測試,成品交給設備廠商,完成電子設備硬件的制造組裝和軟件安裝。整個過程可能需要1-2年的時間,中間每一個關卡都是披荊斬棘。用不斷演進的EDA工具創造出功能更強大的芯片,連接起數字世界與物理世界,這就是每一個EDA公司的使命。想知道這樣的公司都有哪些嗎?