芯片，是世界上最細(xì)微、也是最宏大的工程。芯片設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)者將上百億個(gè)晶體管集成到一個(gè)總面積低于手指甲尺寸的芯片上，從微米級(jí)到納米級(jí)再到正在探索的量子級(jí)，人類在數(shù)字世界中求解物理世界問(wèn)題的能力越來(lái)越強(qiáng)大。 

一場(chǎng)探索星辰大海的旅程，你準(zhǔn)備好了嗎？

1、需求定義

以設(shè)計(jì)一款手機(jī)芯片為例，在直播和Vlog盛行的今天，高清拍攝和美顏就是其需求之一。需求明確后，需要進(jìn)一步確定納米工藝和IP核選型等。

2、功能實(shí)現(xiàn)

功能實(shí)現(xiàn)可以理解為通過(guò)編寫(xiě)代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)“高清拍攝”和“美顏”的需求。開(kāi)發(fā)者們一般用Verilog或者VHDL等硬件描述語(yǔ)言，編寫(xiě)至少百萬(wàn)行起的代碼，最終實(shí)現(xiàn)所有功能。

IP核的使用是提高設(shè)計(jì)效率的不二選擇。IP核可以理解為已經(jīng)設(shè)計(jì)完善的可重用模組。如果把芯片比作汽車，那么IP核就是輪胎、方向盤、發(fā)動(dòng)機(jī)等標(biāo)準(zhǔn)組件，可以直接整合組裝到汽車上。

3、功能驗(yàn)證

在芯片集成度越來(lái)越復(fù)雜的今天，功能驗(yàn)證是保障最終流片成功非常重要的一步。目前一輛智能汽車中可能含有上億行代碼，那么如何保證這些代碼精準(zhǔn)可靠呢？靠人工來(lái)糾錯(cuò)顯然是不可能的，因此需要通過(guò)多種手段配合EDA工具來(lái)對(duì)代碼進(jìn)行反復(fù)的迭代驗(yàn)證，其中包括提前發(fā)現(xiàn)代碼中的bug并持續(xù)修改，找到需要優(yōu)化的性能和功耗，直到符合最初定義的芯片需求。

4、邏輯綜合

在功能驗(yàn)證后，開(kāi)發(fā)者需要將準(zhǔn)確無(wú)誤的代碼轉(zhuǎn)換成邏輯電路圖，這一步被稱之為“邏輯綜合”。早期，開(kāi)發(fā)者們都是手工繪制芯片電路，但現(xiàn)在的芯片動(dòng)輒包含幾億甚至數(shù)百億個(gè)晶體管，已經(jīng)不可能再靠手工繪制電路圖了。

1986年具有劃時(shí)代意義的EDA工具——Design Compiler誕生，使最早手動(dòng)繪制芯片電路的開(kāi)發(fā)者們可以用代碼將電路描述出來(lái)，讓開(kāi)發(fā)者有機(jī)會(huì)在今天設(shè)計(jì)出包含上百億個(gè)晶體管的復(fù)雜芯片。

5、物理實(shí)現(xiàn)

從最初的代碼，到邏輯電路，再到晶體管電路（即物理版圖），芯片設(shè)計(jì)的流程正在一步步推進(jìn)。在設(shè)計(jì)物理版圖時(shí)，需要確保所有電路單元的正確連接，并符合制造時(shí)的工藝要求。物理版圖是基于邏輯綜合后的成果進(jìn)行電路布局與繞線，從而形成晶體管在芯片上的形狀、面積與位置，這一過(guò)程就是物理實(shí)現(xiàn)。

6、晶圓制造

在滿足所有要求后，芯片設(shè)計(jì)才算大功告成。之后，開(kāi)發(fā)者們只需要將物理版圖用標(biāo)準(zhǔn)的文件格式交給晶圓廠，在晶圓硅片上雕刻出實(shí)際的電路。

7、封裝測(cè)試

封裝和測(cè)試是最后一步，之后便得到了我們實(shí)際看見(jiàn)的芯片。

芯片誕生的整個(gè)過(guò)程至少需要1到2年的時(shí)間

在經(jīng)歷數(shù)次技術(shù)革命后，人類重構(gòu)世界的能力呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。不斷演進(jìn)的EDA與IP核技術(shù)，將幫助人類創(chuàng)造出功能更強(qiáng)大的芯片，連接起數(shù)字世界與物理世界，抵達(dá)數(shù)字世界的未竟之境。