从HDL代码到生成门级网表电路,整个芯片

集成电路(IntegratedCircuit,IC)设计一般分为模拟IC设计、数字IC设计和数模混合IC设计。数字IC设计一般都是通过HDL编程和EDA工具来实现一个特定逻辑功能的数字集成电路的。1.设计芯片规格根据需求,设计出芯片基本的框架、功能,进行模块划分。有些复杂的芯片可能还需要建模,使用MATLAB、CADENCE等工具进行前期模拟和仿真。

2.HDL代码实现使用VHDL或Verilog硬件描述语言把要实现的硬件功能描述出来,接着通过EDA工具不断仿真、修改和验证,直到芯片的逻辑功能完全正确。这种仿真我们一般称为前端仿真,简称前仿。前仿只验证芯片的逻辑功能是否正确,不考虑延时等因素。这个阶段也是芯片设计最重要的阶段,会耗费大量的时间去反复验证芯片逻辑功能的正确性。

芯片公司内部一般也会设有数字IC验证工程师岗位,招聘工程师专门从事这个工作。以设计一个1位加法器为例,我们可以通过EDA工具编写下面的Verilog代码来实现,并通过EDA工具提供的仿真功能来验证加法器的逻辑功能是否正确。在综合过程中,有时候还需要设定一些约束条件,让综合出来的具体电路在芯片面积、时序等参数上满足预期要求。

此时的电路考虑了延时等因素,和实际的芯片电路已经很接近了。现在很多IC设计公司一般都是Fabless。Foundry在集成电路领域一般指专门负责生产、制造芯片的厂家,如台积电、中芯国际等。Fabless是Fabrication(制造)和less的组合词,专指那些只专注于集成电路设计,而没有芯片制造工厂的IC设计公司。

像高通、联发科、海思半导体这些没有自己的芯片制造工厂,需要台积电、中芯国际代工生产的IC设计公司就是Fabless,而像Intel、三星半导体这些有自己芯片制造工厂的IC设计公司就不能成为Fabless。对于一些Fabless的IC设计公司而言,门级电路一般是由晶圆厂,也就是芯片代工厂以工艺库的形式提供的,如中芯国际、台积电、三星半导体等。

如果你设计的芯片委托台积电代工制造,工艺制程是14nm,那么当你在设计芯片时,台积电会提供给你14nm级的工艺库,里面包含各种门电路,经过逻辑综合生成的电路参数,如延时参数,和台积电生产芯片实际使用电路的工艺参数是一致的。

4.仿真验证通过逻辑综合生成的门级电路,已经包含了延时等各种信息,接下来还需要对这些门级电路进行进一步的静态时序分析和验证。为了提高工作效率,除了使用仿真软件,有时候也会借助FPGA平台进行验证。前端仿真发生在逻辑综合之前,专注于验证电路的逻辑功能是否正确;逻辑综合后的仿真,一般称为后端仿真,简称后仿。后端仿真会考虑延时等因素。后端仿真通过后,从HDL代码到生成门级网表电路,整个芯片的前端设计就结束了。




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