数字芯片设计详解

2020-2-25 14:44:09 2276 芯片设计技术

0 前端设计的主要流程： 1、规格制定芯片规格: 芯片需要达到的具体功能和性能方面的要求 2、详细设计就是根据规格要求，实施具体架构，划分模块功能。 3、 HDL编码使用硬件描述语言（vhdl Verilog hdl ）将功能以代码的形式描述实现。换句话也就是说将实际的硬件电路功能通过HDL语言描述起来，形成RTL代码(使用cadence软件) 4、仿真验证仿真验证就是检验编码设计的正确性，仿真验证工具Mentor公司的Modelsim，Synopsys的VCS，还有Cadence的NC-Verilog均可以对RTL级的代码进行设计验证？（使用Cadence或Modelsim或Synopsys的VCS等软件） 5、 STA Static Timing Analysis（STA），静态时序分析，属于验证范畴，它主要是在时序上对电路进行验证，检查电路是否存在建立时间（setup time）和保持时间（hold time）的违例（violation）。一个寄存器出现这两个时序违例时，是没有办法正确采样数据和输出数据的，所以以寄存器为基础的数字芯片功能肯定会出现问题。（Synopsys的Prime Time） 6、形式验证是验证范畴，它是从功能上（STA是时序上）对综合后的网表进行验证。常用的就是等价性检查方法，以功能验证后的HDL设计为参考，对比综合后的网表功能，他们是否在功能上存在等价性。这样做是为了保证在逻辑综合过程中没有改变原先HDL描述的电路功能。（形式验证工具有Synopsys的Formality）从设计程度上来讲，前端设计的结果就是得到了芯片的门级网表电路 Backend design flow后端设计流程： 1、DFT Design ForTest，可测性设计。芯片内部往往都自带测试电路，DFT的目的就是在设计的时候就考虑将来的测试。DFT的常见方法就是，在设计中插入扫描链，将非扫描单元（如寄存器）变为扫描单元。关于DFT，有些书上有详细介绍，对照图片就好理解一点。（DFT工具Synopsys的DFT Compiler） 2、布局规划(FloorPlan) 布局规划就是放置芯片的宏单元模块，在总体上确定各种功能电路的摆放位置，如IP模块，RAM，I/O引脚等等。布局规划能直接影响芯片最终的面积。（工具为Synopsys的Astro） 3、CTS Clock Tree Synthesis，时钟综合，简单点说就是时钟的布线。由于时钟信号在数字芯片的全局指挥作用，它的分布应该是对称式的连到各个寄存器单元，从而使时钟从同一个时钟源到达各个寄存器时，时钟延迟差异最小。这也是为什么时钟信号需要单独布线的原因。CTS工具，（Synopsys的Physical Compiler） 4、布线(Place & Route) 这里的布线是指普通信号布线了，包括各种标准单元（基本逻辑门电路）之间的走线。比如我们平常听到的0.13um工艺，或者说90nm工艺，实际上就是这里金属布线可以达到的最小宽度，从微观上看就是MOS管的沟道长度。（工具Synopsys的Astro） 5、寄生参数提取由于导线本身存在的电阻，相邻导线之间的互感,耦合电容在芯片内部会产生信号噪声，串扰和反射。这些效应会产生信号完整性问题，导致信号电压波动和变化，如果严重就会导致信号失真错误。提取寄生参数进行再次的分析验证，分析信号完整性问题是非常重要的。（工具Synopsys的Star-RCXT） 6、版图物理验证对完成布线的物理版图进行功能和时序上的验证，验证项目很多，如LVS（Layout Vs Schematic）验证，简单说，就是版图与逻辑综合后的门级电路图的对比验证；DRC（Design Rule Checking）：设计规则检查，检查连线间距，连线宽度等是否满足工艺要求，ERC（Electrical Rule Checking）：电气规则检查，检查短路和开路等电气规则违例；等等。工具为Synopsys的Hercules实际的后端流程还包括电路功耗分析，以及随着制造工艺不断进步产生的DFM（可制造性设计）问题。物理版图验证完成也就是整个芯片设计阶段完成。 7、物理版图以GDSII的文件格式交给芯片代工厂（称为Foundry）在晶圆硅片上做出实际的电路， 8、再进行封装和测试。注释：（1）VCS是编译型Verilog模拟器　简称VCS. （2）Design Compiler为Synopsys公司逻辑合成工具，简称DC 　（3） IC Compiler是Synopsys新一代布局布线系统（Astro是前一代布局布线系统）.简称ICC 　（4）PrimeTime是针对复杂、百万门芯片进行全芯片、门级静态时序分析的工具。简称PT. （5）HerculesTM可以进行层次化的物理层验证，以确保版图与芯片的一致性（6）Star-RCXT是电子设计自动化（EDA）领域内寄生参数提取解决方案的黄金标准（7）Synopsys 的LEDA是一种可编程代码设计规则检查器，它提供全芯片级混合语言（Verilog和 VHDL）处理能力,从而加快了复杂的SOC设计的开发（8）Formality是一种等效性检测工具，采用形式验证的技术来判断一个设计的两个版本在功能上是否等效,简称FM. DRC要验证的对象是版图，我们的版图一般是通过两种方法得到的。一种是用virtuoso等版图编辑工具手工绘制。这在模拟设计中较为普遍。另一种是用Cadence的SE等自动布局布线工具（APR）由网表文件自动产生。芯片失效分析实验室介绍，能够依据国际、国内和行业标准实施检测工作，开展从底层芯片到实际产品，从物理到逻辑全面的检测工作，提供芯片预处理、侧信道攻击、光攻击、侵入式攻击、环境、电压毛刺攻击、电磁注入、放射线注入、物理安全、逻辑安全、功能、兼容性和多点激光注入等安全检测服务，同时可开展模拟重现智能产品失效的现象，找出失效原因的失效分析检测服务，主要包括点针工作站（Probe Station）、反应离子刻蚀（RIE）、微漏电侦测系统（EMMI）、X-Ray检测，缺陷切割观察系统（FIB系统）等检测试验。实现对智能产品质量的评估及分析，为智能装备产品的芯片、嵌入式软件以及应用提供质量保证。 2
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