欧美日韩亚洲另类丝袜综合网,国产欧美日韩精品在,年轻的小妹妹中文字幕版,中国VODAFONEWIFI粗暴最新版

專業(yè)元器件代理商

一站式采購平臺
原廠正品/全新包裝/現(xiàn)貨供應(yīng)

咨詢電話

131-8971 4166
您當(dāng)前所在位置: 首頁 > 新聞中心> 行業(yè)新聞

芯片作為現(xiàn)代電子產(chǎn)品的核心部件,芯片設(shè)計(jì)到底難在哪兒?

發(fā)布時間:2022-01-17    欄目行業(yè):行業(yè)新聞    瀏覽次數(shù):

  芯片作為現(xiàn)代電子產(chǎn)品的核心部件,一直充當(dāng)著“大腦”的位置,其技術(shù)含量和資金極度密集,生產(chǎn)線動輒數(shù)十億上百億美金。


  芯片制造的完整過程包括:芯片設(shè)計(jì)、晶圓制造、封裝、測試等幾個主要環(huán)節(jié),其中每個環(huán)節(jié)都是技術(shù)和科技的體現(xiàn)。


  對于芯片來說設(shè)計(jì)和工藝同樣復(fù)雜,八十年代EDA技術(shù)誕生——芯片自動化設(shè)計(jì),使得芯片設(shè)計(jì)以及超大規(guī)模集成電路的難度大為降低,工程師只需將芯片的功能用芯片設(shè)計(jì)語言描述并輸入電腦,再由EDA工具軟件將語言編譯成邏輯電路,然后再進(jìn)行調(diào)試即可,正如編輯文檔需要微軟的office,編輯需要photoshop一樣,芯片開發(fā)者利用EDA軟件平臺來進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、性能分析到生成芯片電路版圖?,F(xiàn)在的一塊芯片有上百億個晶體管,不依靠EDA工具,高端芯片設(shè)計(jì)根本無從下手。你細(xì)品,這么浩瀚的工程怎么能靠手動完成呢?


  重點(diǎn)是盡管有了EDA也并不代表芯片設(shè)計(jì)這件事很容易,芯片設(shè)計(jì)仍然是一個集高精尖于一體的復(fù)雜系統(tǒng)工程。


  不管是IDM還是fabless,共同的特點(diǎn)是以芯片設(shè)計(jì)為產(chǎn)業(yè)的核心。舉個栗子,2018年AMD的處理器改由臺積電代工,制程為7nm,英特爾的處理器制程還是14nm,但性能照樣壓制了AMD,說明芯片設(shè)計(jì)也是非常關(guān)鍵的鴨。


  設(shè)計(jì)一款芯片,開發(fā)者先要明確需求,確定芯片“規(guī)范”,定義諸如指令集、功能、輸入輸出管腳、性能與功耗等關(guān)鍵信息,將電路劃分成多個小模塊,清晰地描述出對每個模塊的要求。


  然后由“前端”開發(fā)者根據(jù)每個模塊功能設(shè)計(jì)出“電路”,運(yùn)用計(jì)算機(jī)語言建立模型并驗(yàn)證其功能準(zhǔn)確無誤?!昂蠖恕遍_發(fā)者則要根據(jù)電路設(shè)計(jì)出“版圖”,將數(shù)以億計(jì)的電路按其連接關(guān)系,有規(guī)律地翻印到一個硅片上。


  至此,芯片設(shè)計(jì)才算完成。如此復(fù)雜的設(shè)計(jì),不能有任何缺陷,否則無法修補(bǔ),必須從頭再來。如果重新設(shè)計(jì)加工,一般至少需要一年時間,再投入上千萬美元的經(jīng)費(fèi),有時候甚至需要上億。


  敲黑板,戴眼鏡,既然大家普遍對芯片制造的難度有一定的了解,那這篇文章希望可以讓大家對芯片設(shè)計(jì)的難度也有共同的認(rèn)知。


  第一關(guān),難在架構(gòu)設(shè)計(jì)


  芯片設(shè)計(jì),環(huán)節(jié)眾多,每個環(huán)節(jié)都面臨很多挑戰(zhàn)。以相對較為簡單的數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)為例設(shè)計(jì)多采用自頂向下設(shè)計(jì)方式,層層分解后包括:


  需求定義:結(jié)合外部環(huán)境分析、供應(yīng)鏈資源、公司自身定位等信息,提出對新一代產(chǎn)品的需求,并進(jìn)一步考慮產(chǎn)品作用、功能、所需線板數(shù)量、使用集成電路類型等,精準(zhǔn)定義產(chǎn)品需求。這一環(huán)節(jié)的難度在于對市場、技術(shù)的未來趨勢準(zhǔn)確判斷和對設(shè)計(jì)人員、制造工廠等自身和產(chǎn)業(yè)鏈情況、能力的充分了解。


  功能實(shí)現(xiàn):描述芯片需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo),通常用硬件描述語言編寫。這一環(huán)節(jié)的難度在于對芯片整體可以達(dá)到的性能、功能的把握,既要充分滿足目標(biāo),又不能超過自身的能力上限。


  結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):根據(jù)芯片的特點(diǎn),將其劃分成接口清晰、相互關(guān)系明確、功能相對獨(dú)立的子模塊。這一環(huán)節(jié)難度在于對芯片結(jié)構(gòu)的熟悉,是否能用盡可能少的模塊和盡可能低的標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到要求。


  邏輯綜合:開發(fā)者將硬件描述語言轉(zhuǎn)換成邏輯電路圖。這一環(huán)節(jié)難度在于需要保證代碼的可綜合、清晰簡潔、可讀性,有時還要考慮模塊的復(fù)用性。


  物理實(shí)現(xiàn):將邏輯電路轉(zhuǎn)換成為有物理連接的電路圖。這一環(huán)節(jié)難度在于如何根據(jù)制程,使用盡可能少的元件和連線完成從RTL描述到綜合庫單元之間的映射,得到一個在面積和時序上滿足需求的門級網(wǎng)表,并使內(nèi)部互不干擾。


  物理版圖:以 GDSII 的文件格式交給晶圓廠,在硅片上做出實(shí)際的電路,再進(jìn)行封裝和測試,得到物理芯片。


  必須說明的是,芯片設(shè)計(jì)時,需要考慮許多變量,例如信號干擾、發(fā)熱分布等,而芯片的物理特性,如磁場、信號干擾,在不同制程下有很大不同,沒有數(shù)學(xué)公式可以直接計(jì)算,也沒有可套用的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)直接填入,只能依靠EDA工具一步一步設(shè)計(jì),一步步模擬,不斷取舍。每一次模擬之后,如果效果不理想,就要重新設(shè)計(jì)一次,對團(tuán)隊(duì)的智慧、精力、耐心都是極大考驗(yàn)。


  第二關(guān),難在驗(yàn)證


  芯片驗(yàn)證目標(biāo)是在芯片制造之前,通過檢查、仿真、原型平臺等手段反復(fù)迭代驗(yàn)證,提前發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)軟硬件功能錯誤、優(yōu)化性能和功耗,使設(shè)計(jì)精準(zhǔn)、可靠,且符合最初規(guī)劃的芯片規(guī)格。


  它不是在設(shè)計(jì)完成后再進(jìn)行的工序,而是貫穿在設(shè)計(jì)的每一個環(huán)節(jié)中的重復(fù)性行為,可細(xì)分為系統(tǒng)級驗(yàn)證、硬件邏輯功能驗(yàn)證、混合信號驗(yàn)證、軟件功能驗(yàn)證、物理層驗(yàn)證、時序驗(yàn)證等。


  驗(yàn)證很難,首先在驗(yàn)證只能證偽,需要反復(fù)考慮可能遇到的問題,以及使用形式化驗(yàn)證等手段來保證正確的概率,非常考驗(yàn)設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)和智慧。


  其次在驗(yàn)證的方法必須盡可能高效?,F(xiàn)在的芯片集成了微處理器、模擬IP核、數(shù)字IP核和存儲器(或片外存儲控制接口),驗(yàn)證復(fù)雜度指數(shù)級增長。如何快速、準(zhǔn)確、完備、易調(diào)試地完成日益復(fù)雜的驗(yàn)證,進(jìn)入流片階段,是每個芯片設(shè)計(jì)人員最大的挑戰(zhàn)。


  最后在驗(yàn)證工具本身。以常見的FPGA硬件仿真驗(yàn)證為例,90年代FPGA驗(yàn)證最多可支持200萬門,每門的費(fèi)用為1美元。如今單位價(jià)格雖然大幅下降,隨著芯片的復(fù)雜程度指數(shù)級增長,驗(yàn)證的門數(shù)也上升到以千萬和億為計(jì)算的規(guī)模,總體費(fèi)用更加驚人。

芯片代工廠.png

  此外,F(xiàn)PGA本身也是芯片設(shè)計(jì)的一種?,F(xiàn)在大型設(shè)計(jì)(大于2千萬等效ASIC門)需要用多塊FPGA互聯(lián)進(jìn)行驗(yàn)證,F(xiàn)PGA的設(shè)計(jì)面對RTL邏輯的分割、多片F(xiàn)PGA之間的互聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、I/O分配、布局布線、可觀測性等現(xiàn)實(shí)要求,這就又給設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)增加了難度。


  第三關(guān),難在流片


  流片就是試生產(chǎn),設(shè)計(jì)完后,由芯片代工廠小批量生產(chǎn)一些,供測試用。它看起來是芯片制造,但實(shí)際屬于芯片設(shè)計(jì)行業(yè)。


  流片技術(shù)上不困難,因?yàn)樾酒O(shè)計(jì)基于現(xiàn)有工藝,除了少量需要芯片設(shè)計(jì)企業(yè)指導(dǎo)的生產(chǎn)之外,困難在于錢、錢、錢。


  流片一次有多貴?先引用CMP(Circuits Multi-Projets,美國一家非營利性多項(xiàng)目晶圓服務(wù)組織)的公開報(bào)價(jià)吧。


  按照這份報(bào)價(jià),以業(yè)內(nèi)裸芯(die)面積最小的處理器高通驍龍855為例(尺寸為8.48毫米×8.64毫米,面積為73.27平方毫米),用28納米制程流片一次的標(biāo)準(zhǔn)價(jià)格為499,072.5歐元,也就是近400萬元人民幣!


  然后,芯片設(shè)計(jì)企業(yè)可以拿到什么呢?25個裸芯,平均每個16萬元!


  更重要的是,流片根本不是一次性的事啊!


  流片失敗,需要修改后再次流片;流片成功,可能需要繼續(xù)修改優(yōu)化,二次改進(jìn)后再次流片。


  每一次都需要至少幾百萬元。


  什么叫做氪金?這才叫做氪金?。?/p>


  或許有知友會提出疑問,這是成本上的問題,為什么算在困難上呢?這當(dāng)然是困難了,世界上最大的困難不就是沒錢嗎?


  之所以在會提到流片費(fèi)用,是因?yàn)樵S多人在談及芯片制造困難的時候都會指出,建立一條先進(jìn)制程芯片產(chǎn)線需要天量資金投入,但通過流片可以看出,其實(shí)芯片設(shè)計(jì)對資金的渴求也同樣驚人。


  第四關(guān),越來越具有挑戰(zhàn)性的設(shè)計(jì)需求


  首先是隨著芯片使用場景延伸至AI、云計(jì)算、智能汽車、5G等領(lǐng)域,芯片的安全性、可靠性變得前所未有的重要,對芯片設(shè)計(jì)提出更高、更嚴(yán)格的要求。


  其次是隨著AI、智能汽車等領(lǐng)域快速發(fā)展,帶來專用芯片和適應(yīng)行業(yè)需求的全新架構(gòu)需求,這一全新的課題給芯片設(shè)計(jì)帶來更多新的挑戰(zhàn)。


  最后是隨著硅基芯片根據(jù)摩爾定律,在兩三年之后將達(dá)到1納米的工藝極限,繼續(xù)提升性能、降低功耗的重任更多落在芯片設(shè)計(jì)身上,給芯片設(shè)計(jì)更大的壓力。此外,制程工藝提升也迫切需要芯片設(shè)計(jì)的指導(dǎo)才能實(shí)現(xiàn),也額外增加了壓力。


傳遞價(jià)值,成就你我

服務(wù)熱線

0755-83322522

上班時間

9:00-18:00

聯(lián)系我們

地址:深圳市福田區(qū)彩田南路2010號中深花園A座六層

電話:0755-83322522 傳真:0755-83648400

Q Q:3007952373

郵箱:lhf@icbest.com

微信公眾號

官方微博號

找IC芯片,就找泰德蘭電子

幫助您解決電子元器件采購難題!

2024?版權(quán)所有 深圳市泰德蘭電子有限公司   1605662374762953.gif  工信部備案: 粵ICP備16122434號  網(wǎng)站地圖
技術(shù)支持:泰德蘭推廣部