芯片是今天中國最熱門的話題，隨著國際環(huán)境的變化，芯片設計和自主創(chuàng)新的重要意義越來越凸顯。在數字化、互聯(lián)網和移動互聯(lián)網的時代，主要的計算任務運行在CPU處理器上;而大數據、人工智能、5G時代，主要的計算任務運行在GPU、DSP、人工智能專用處理器以及形式多樣的專用硬件加速器上。多種計算單元的混合、搭配、集成統(tǒng)稱為異構計算。異構計算的發(fā)展由來已久，但新一代異構計算已經成為處理器芯片設計創(chuàng)新的主要熱點之一，其特點是不同計算單元的軟、硬件要素相互協(xié)同，形成一個統(tǒng)一的、高效的、簡化的異構計算芯片設計和應用開發(fā)的平臺。

芯片半導體元件產品的統(tǒng)稱，集成電路 IC;或稱微電路、微芯片、晶片/芯片在電子學中是一種把電路(主要包括半導體設備，也包括被動組件等)小型化的方式，并時常制造在半導體晶圓表面上。芯片制作完整過程包括芯片設計、晶片制作、封裝制作、測試等幾個環(huán)節(jié)，其中晶片制作過程尤為的復雜。

高大上的芯片設計流程

一顆芯片的誕生，可以分為設計與制造兩個環(huán)節(jié)。芯片制造的過程就如同用樂高蓋房子一樣，先有晶圓作為地基，再層層往上疊的芯片制造流程后，就可產出想要的IC 芯片，然而，沒有設計圖，擁有再強大的制造能力也無濟于事。

在 IC 生產流程中，IC 多由專業(yè) IC 設計公司進行規(guī)劃、設計，像是聯(lián)發(fā)科、高通、Intel 等知名大廠，都自行設計各自的 IC 芯片，提供不同規(guī)格、效能的芯片給下游廠商選擇。因為 IC 是由各廠自行設計，所以 IC 設計十分仰賴工程師的技術，工程師的素質影響著一間企業(yè)的價值。然而，工程師們在設計一顆 IC 芯片時，究竟有那些步驟?設計流程可以簡單分成如下：

設計第一步，定目標

在 IC 設計中，最重要的步驟就是規(guī)格制定

規(guī)格制定的第一步便是確定 IC 的目的、效能為何，對大方向做設定。

設計完規(guī)格后，接著就是設計芯片的細節(jié)了。

有了完整規(guī)畫后，接下來便是畫出平面的設計藍圖。

最后，將合成完的程式碼再放入另一套 EDA tool，進行電路布局與繞線(Place And Route)。

在經過不斷的檢測后，便會形成如下的電路圖。圖中可以看到藍、紅、綠、黃等不同顏色，每種不同的顏色就代表著一張光罩。至于光罩究竟要如何運用呢?

層層光罩，疊起一顆芯片。一顆 IC 會產生多張的光罩，這些光罩有上下層的分別，每層有各自的任務。

芯片的正向設計

在工程技術人員的腦海中，產品的設計過程都是從無到有，即在工程技術員的腦海中構思產品的外形，技術參數，性能等，然后通過繪制圖建立產品的三維數字化模型，最終將這個模型轉入到制造流程中，這就是芯片的正向設計。

芯片的正向設計流程

一、總體規(guī)劃

隨著集成電路設計規(guī)模的不斷擴大，出現了很多成熟的常用設計模塊，也被成為IP核，現在芯片正向設計，不再是完全從0開始，都是基于某些成熟的IP核，并在此基礎之上進行芯片功能的添加。芯片正向設計依然是從市場未來需求著手，從開發(fā)成本和預期收益來衡量是否進行芯片的開發(fā)的。明確市場未來需求之后，就將這些需求轉化為芯片的各項重要參數指標，然后進行任務劃分，模擬設計師負責模擬，數字設計師負責數字。個人對于模擬部分不太熟，所以就略過。重點總結數字設計部分，當然這部分也不是很熟，因為沒有真正做過。

二、架構/算法

現在數字電路在芯片中占有極大的比重，數字邏輯也變得越來越復雜，所以必須從架構和算法上進行考慮。個人所略知的關于芯片架構的是，架構可以分為三種大的方向：

1，數據流;

2，控制流，

3，總線流。

算法都是以數據處理為主要目的的，所以這些算法都要求有較強的數學功底。做算法開發(fā)，主要工具為MATLAB，都是先在MATLAB上做原型開發(fā)驗證，再轉化為RTL級的代碼。結合架構和算法，將芯片的總體結構搭建出來，為后續(xù)的工作做好了準備。

三、RTL代碼

當算法工程師把芯片架構設計好，各種算法在MATLAB上通過了驗證，以及其他必要條件的考量之后，便將工作交接給ASIC工程師去做RTL代碼的翻譯工作，就是將MATLAB上的算法翻譯成RTL。

四、仿真驗證

這一步的工作比較關鍵，可以說是設計部分的第一個分水嶺。仿真驗證，視不同的公司，不同的項目，復雜度有非常大的不同。

五、工藝選擇

正向設計在一開始的整體規(guī)劃中就要考慮工藝的問題，這涉及到有關工藝的相關知識，有些工藝就是特別為某種類型的芯片而開發(fā)的。

六、綜合、時序&功耗分析

這一步是在RTL仿真驗證完之后進行，當然還有一個前提，制造工藝必須選定，否則，如果中途換了工藝，這部分的工作還得重新來做，這樣將會消耗特別多的時間。

七、 形式驗證

綜合出來的網表正確與否如何判定呢?這需要用到形式驗證技術，該技術與RTL的仿真不同，它是從數理邏輯出發(fā)，來對比兩個網表在邏輯上的等效性。如果等效，則綜合的網表就是符合要求的。

八、自動布局布線

這個步驟嚴重依賴于軟件和經驗，目前常用的軟件為Cadence Encounter不同版本的自動布局布線軟件名字可能不一樣。

傳統(tǒng)以來，工業(yè)產品的開發(fā)均是循著序列嚴謹的研發(fā)流程，從功能與規(guī)格的預期指標確定開始，構思產品的零組件需求，再由各個元件的設計、制造以及檢驗零組件組裝、檢驗整機組裝、性能測試等程序來完成，此為芯片正向設計的由來。

當把一顆芯片設計出來之后，接下來便是芯片制造了。設計和工藝都是芯片制造的兩大難點，兩者一定程度上相輔相成。在這里我們就不詳細介紹芯片制造的過程了。

過去三十年，人類經歷了數字化、互聯(lián)網和移動互聯(lián)網等信息技術變革，背后關鍵的推手，就是以處理器為代表的計算技術的飛速進步。因此，即使是在芯片產業(yè)全球化的背景下，也需認識到，國產處理器的創(chuàng)新能力代表了一個國家對新一代信息技術的掌控能力。當大數據、人工智能、5G浪潮席卷而來，新一輪計算革命已然到來，全球處理器行業(yè)正面臨全新的挑戰(zhàn)。