一文看懂集成電路的設(shè)計(jì)流程

集成電路設(shè)計(jì)和房屋設(shè)計(jì)原理上是相似的。假設(shè)你要設(shè)計(jì)房屋，假設(shè)你要設(shè)計(jì)IC（（integrated circuit）芯片，第一步要做什么？，第一步要想，你要做什么？這就是所謂的SPEC.，SPEC.告訴你要做一個計(jì)算機(jī)IC芯片，對應(yīng)設(shè)計(jì)房屋，例如你要設(shè)計(jì)一座大別墅。

SPEC.告訴你要設(shè)計(jì)什么芯片，接下來就是RTL（Register-Transfer-Level） Code，你要設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)芯片主要有什么功能呢？比如最起碼能實(shí)現(xiàn)四則運(yùn)算，加減乘除，RTL Code要設(shè)計(jì)加法器，減法器，乘法器，除法器等；對應(yīng)你的別墅設(shè)計(jì)要三層樓，五個臥室，三間廁所，兩個客廳，一個廚房等等。

RTL Code完成后需要做Pre-Simulation，也就是模擬，你寫的加法器，是否能正確運(yùn)算，1+1=2，不能算出來等于3吧，減法器也是如此，你寫的每個元件都要進(jìn)行Pre-Simulation，確定能實(shí)現(xiàn)相對的功能；Pre-Simulation在別墅設(shè)計(jì)中對應(yīng)的是，你設(shè)計(jì)的廚房要可以燒飯，廁所是不能燒飯的吧，臥室可以睡覺，客廳可以接待客人等等。模擬完以后進(jìn)行Synthesis合成，所謂的合成，在IC設(shè)計(jì)過程中，標(biāo)準(zhǔn)庫里有一些元件可以直接拿來用，用來實(shí)現(xiàn)你想要的功能；Synthesis在別墅設(shè)計(jì)中對應(yīng)的就是去商店買家具，比如客廳需要沙發(fā)，臥室需要床，廁所需要馬桶，你不用自己設(shè)計(jì)制作，可以直接去宜家購買。Synthesis的目標(biāo)是用最少的標(biāo)準(zhǔn)元件實(shí)現(xiàn)功能，你的芯片性能就越好，這就好像在別墅設(shè)計(jì)中，有的設(shè)計(jì)師能力不行，廁所設(shè)計(jì)了三個馬桶，這就不合理，資源浪費(fèi)，別墅設(shè)計(jì)的目標(biāo)就是用最少的家具材料實(shí)現(xiàn)最完善的功能。

合成完以后就可以把RTL Code轉(zhuǎn)換成Gate level Netlist，這時候還是抽象的標(biāo)準(zhǔn)元件，具體擺放位置，如何連線還不知道；對應(yīng)別墅設(shè)計(jì)中，你只知道需要多少張床，多少馬桶，電視，柜子數(shù)量等等，但是具體擺放位置還不知道。接下來就是Placement，確定標(biāo)準(zhǔn)元件在芯片上的具體位置；對應(yīng)別墅設(shè)計(jì)中客廳在幾樓，廁所在幾樓，臥室在哪里。標(biāo)準(zhǔn)元件擺放位置影響芯片性能，例如你把廁所放在別墅四樓，那你每次都要爬到四樓上廁所，這顯然不好，廁所位置放在每層樓靠近窗戶位置肯定最合理，如果放在中間位置，那肯定臭死了，Placement同理，每個標(biāo)準(zhǔn)元件擺放位置一定要合理。Placement結(jié)束后是Routing的步驟，決定標(biāo)準(zhǔn)元件在芯片中的連線，對應(yīng)別墅中，水管如何鋪設(shè)，電線如何走向等等。

接下來就是Layout，是一份具體的，詳細(xì)的IC設(shè)計(jì)圖紙，所有元件的位置，以及布局走線的方向等等；對應(yīng)別墅的詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙。有了詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙，然后就是Post-Simulation&Verification，其作用就是驗(yàn)證這張IC設(shè)計(jì)圖紙真的能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的功能，可能乘法運(yùn)算有問題，這就需要修改；對應(yīng)別墅設(shè)計(jì)中，你需要確定每個房間，每個設(shè)計(jì)是否滿足你的要求，比如你需要臥室要有陽臺等等。驗(yàn)證沒有問題接下來就是Tape-out，將Layout給IC制造公司，請他們幫忙制造，別墅設(shè)計(jì)中接下來就是將設(shè)計(jì)圖紙交給建筑商，請他們幫忙施工。Fabrication就是芯片制造；對應(yīng)就是打地基，砌磚，蓋房子。

制造完以后是Packaging & Testing，先測試制造的芯片有沒有問題，然后在封裝保護(hù)芯片；房子蓋好以后，需要進(jìn)行測試，比如抗震測試，漏電測試，水管是否連通等等。

最后就是成品Chip，對應(yīng)就是房子蓋好咯。

以上簡單介紹IC芯片從設(shè)計(jì)到制造完成的過程，實(shí)際過程遠(yuǎn)比這復(fù)雜，每個步驟都有相應(yīng)的公司，目前還沒有一家可以從頭到尾完成。接下來給大家講一下各個流程每家公司扮演的角色。

在Tape-out之前，都是在設(shè)計(jì)階段，IC設(shè)計(jì)公司被稱為Design House，著名的公司有高通，海思，聯(lián)發(fā)科，展訊等等，為什么有這么多design house呢？很好理解，就像房屋設(shè)計(jì)，有的設(shè)計(jì)公司擅長居民樓設(shè)計(jì)，有的擅長商場設(shè)計(jì)，有的擅長工廠廠房設(shè)計(jì)等等。Design House里面還有一類公司叫EDA company，它是提供所有IC 設(shè)計(jì)過程中 的軟件 ，有Cadence，Synopsys，SIEMENS等，就像在你設(shè)計(jì)蓋房子的時候，不可能拿出紙筆進(jìn)行手繪吧，現(xiàn)在都是用AUTO-CAD，用軟件輔助設(shè)計(jì)，EDA軟件可以理解為AUTO-CAD軟件。

Tape-out之后就是fabrication，芯片制造公司就是所謂 的Foundry，制造工廠稱為Fab，著名的公司有TSMC，GF（不是女票，是global foundry），SMIC，HHgrace等等。

制造完之后是封裝測試，Assembly & Test，著名的公司有日月光 ASE（沒錯，就是那個徐匯日月光商場，其實(shí)它的主營業(yè)務(wù)是半導(dǎo)體封測），矽品SPLI（學(xué)中文的妹子知道，矽是硅元素的舊稱，***地區(qū)把硅元素稱為矽）。

半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)極其復(fù)雜，分工合作非常重要，國內(nèi)半導(dǎo)體公司，海思是設(shè)計(jì)龍頭，中芯國際是制造龍頭 ，長電是封測龍頭，各公司與國際公司還有差距，仍需繼續(xù)努力。