Hoy en día, hay decenas de miles de millones de transistores en los chips SoC de los teléfonos móviles. Es simplemente imposible "mover montañas" y dibujar uno en un segundo. El diseño de chips de alta gama actual se ha despedido del trabajo físico. El proceso de diseño tiene una división del trabajo extremadamente detallada y un alto grado de automatización en el proceso de diseño, lo que puede evitar la vergüenza de que el "lirio de día" se enfríe. Se pone el chip en el mercado.
Tomemos un chip digital como ejemplo para recorrer brevemente el proceso de diseño del chip. Dos procesos principales:
El proceso de diseño del chip SoC se puede dividir en front-end y back-end. El front-end es responsable del diseño lógico y la lista de redes a nivel de puerta de salida (netlist) y la parte posterior. -end realiza el diseño físico y el diseño de salida (diseño), y luego pasa el diseño a la fábrica de chips para su fabricación (cinta).
Por cierto, ¿por qué transmitir el diseño a la fábrica de chips se llama tapeout? Al principio, las empresas de diseño de chips utilizaban cinta para almacenar archivos de diseño de chips. Cuando era necesario fabricar, la cinta se enviaba a la fábrica de chips, por lo que se llamaba "tapeout". Este término todavía se utiliza hoy en día, aunque los métodos de transmisión de archivos de diseño se han vuelto más diversos.
Para decirlo sin rodeos, esto es un reflejo de la cultura de los chips. Es lo mismo que el nombre "error" en las computadoras. Fue la era más temprana de las computadoras centrales de tubo que limpiaron los insectos voladores. fueron asados hasta morir después de perseguir la luz brillante de los tubos y eliminaron los insectos voladores, lo que provocó una falla del circuito. Más tarde, "error" ya no se refería a errores del mundo real, sino a vulnerabilidades del software.
Hablemos del proceso de diseño del chip. Dos procesos principales de diseño de chips
El diseño frontal del chip mencionado anteriormente se puede subdividir en nivel de comportamiento, nivel RTL y nivel de puerta. El nivel de comportamiento describe la función del circuito, el nivel RTL describe la estructura del circuito. , y el nivel de puerta describe la puerta. La estructura del circuito primario.
El diseño back-end del chip consiste en utilizar herramientas EDA para diseñar y enrutar la lista de red a nivel de puerta generada por el diseño front-end, así como la verificación física, y finalmente generar archivos de diseño para la fabricación de la fábrica de chips.
El diseño del chip describe en detalle la estructura del circuito, es decir, dónde se debe retener, dónde se debe corroer y dónde se debe cablear. La planta de fabricación de chips convierte el diseño en una máscara óptica y luego utiliza una máquina de fotolitografía para fabricar el chip.
El proceso anterior es difícil de entender. Puede utilizar la publicación de una revista familiar como una analogía simple:
El diseño frontal equivale a que el editor seleccione los envíos de acuerdo con la selección del tema. planificar, editar, procesar y finalizar Qué manuscritos están clasificados en una posición importante (artículo de portada) y qué manuscritos son solo caracteres de salsa de soja para llenar la página. La tarea del diseño de fondo es organizar los manuscritos seleccionados en un diseño, crear un archivo de diseño y enviarlo a la imprenta para su impresión.
En pocas palabras, el diseño frontal del chip es equivalente a la selección y procesamiento de manuscritos por parte del editor, y el diseño posterior es equivalente a la edición de diseño y composición tipográfica.
La razón por la que el diseño de chips debe dividirse en front-end y back-end es principalmente porque la estructura de los chips, especialmente los chips SoC de alta gama, es demasiado compleja. De hecho, la precisión de la división profesional del trabajo es uno de los dos indicadores importantes para medir la complejidad de una industria. El otro indicador es si el grado de automatización es alto.
El diseño de chips es una industria altamente automatizada desde el front-end hasta el back-end, y es inseparable del software EDA (Electronic Design Automation). La empresa de diseño de chips completa el diseño frontal y posterior del chip en la plataforma de software DEA, eliminando la necesidad de dibujar diagramas de circuitos a mano.
EDA es proporcionada principalmente por Cadence y Synopsys en los Estados Unidos. Ambas empresas pueden proporcionar software de diseño front-end y back-end. En la actualidad, las empresas nacionales de diseño de chips, incluidas Huawei HiSilicon, ZTE, Spreadtrum y otras empresas, son inseparables de las plataformas de software EDA de Cadence y Synopsys. ¿Por qué tienes que usar Cadence y Synopsys? Debido a que estas dos empresas se han desarrollado en la industria durante décadas, el software EDA tiene funciones completas, un ecosistema completo y es fácil de usar.
Entonces, ¿cómo utilizar el software EDA para diseñar chips? Hay siete pasos principales en el diseño de chips. Hay dos pasos en los que no puede ver el circuito.
El primer paso es escribir el circuito en Verilog. Este proceso no le permite ver el diagrama del circuito. Es sólo un montón de lenguaje descriptivo, presentado en forma de código.
El segundo paso es ejecutar la simulación digital, utilizando herramientas como VCS o MMSIM. El propósito de la simulación es ver si el diseño escrito puede funcionar correctamente. En este proceso, no se puede ver el circuito, es solo un montón de código fuente.
El tercer paso consiste en convertir el código fuente en un circuito de celda estándar (Standard Cell) después de ejecutar la simulación.
El cuarto paso es utilizar herramientas como IC-Compiler para el cableado, lo que significa encontrar la posición correspondiente del circuito unitario estándar y utilizar software para conectarlo automáticamente. Este proceso debe ser asistido por el. Proceso de fabricación de chips.
En el quinto paso, complete el circuito unitario estándar en el patrón y conéctelo de acuerdo con los requisitos de diseño para formar el patrón de diseño.
Paso 6: Una vez completado el diseño, no se puede enviar a la fábrica de chips para su producción de inmediato. Quién sabe, las conexiones de esas unidades no están conectadas correctamente, lo que provoca interferencias de ruido y un mayor consumo de energía. y rendimiento reducido. Para eliminar posibles errores, la verificación de las reglas de diseño, el diseño y la verificación esquemática deben realizarse por separado.
En el séptimo paso, después de pasar las dos verificaciones principales, el diseño se puede convertir en un archivo electrónico GDSII y entregarlo a la fábrica de chips para su grabación (producción de prueba en pequeños lotes).
Paso 8: Pruebe el chip después de la cinta adhesiva. Si el chip funciona normalmente y cumple con los requisitos de diseño, está bien, deje que la fábrica del chip lo produzca en masa.
Se puede ver que todo el proceso de diseño del chip tiene siete pasos principales, y todo el proceso se completa en la computadora a través del software EDA. No existe una situación en la que los ingenieros dibujen manualmente los diagramas de circuito uno por uno, o. Incluso en el diseño frontal, en algunas etapas, el diseñador no tiene que considerar cómo se ve el transistor o qué tan grande es. En la parte posterior, el diseñador no cuenta cuántos transistores contiene el chip, sino el software automáticamente. los cuenta.
Con la ayuda del software EDA, incluso si hay decenas de miles de millones de transistores dentro del chip, se puede diseñar fácilmente. Este es el poder y el encanto de la alta tecnología.
Los ingenieros no necesitan diseñar chips transistorizados uno a uno. Muchos circuitos prefabricados, como circuitos de conversión digital a analógico, circuitos de cálculo, circuitos de transformada de Fourier, etc., han sido diseñados por predecesores. Las generaciones futuras solo necesitan optimizar la arquitectura y mejorar la precisión en función de la generación anterior de chips. .
1 1 1. . . Sumar 5.500 millones de unos lleva mucho tiempo incluso si se calcula una vez por segundo. Será diferente en segundo y tercer grado.
En primer lugar, el diseño de chips no es solo el diseño de transistores, sino el uso de circuitos unitarios maduros o experimentales para seleccionar los circuitos funcionales requeridos y usarlos con datos. Los cables se conectan en serie o en paralelo y se diseña un chip completo. Un sistema completo de combinación de chips solo se puede completar a través del sistema de control del sistema de soporte. En cuanto al nivel de tecnología de producción requerido por el chip, es una cuestión de fabricación del chip y no tiene nada que ver con el diseño del chip.
Al principio, los ingenieros prepararon transistores, los juntaron y luego los juntaron cuando el procesador no estaba mirando.
Pongamos un ejemplo;
Si quieres construir un edificio, primero debes diseñar los dibujos. Tu edificio tiene 10.000 habitaciones, pero 5.000 de ellas son iguales. Hay 3000 habitaciones idénticas, y hay 2 1000 habitaciones idénticas, por lo que puedes usar solo 5 planos de diseño para diseñar estas 4 habitaciones diferentes y luego usar un método de disposición y conexión para combinarlas.
En esto. De esta manera, no necesita diseñar 10,000, solo necesita diseñar 4 habitaciones y un método combinado.
De esta forma quedará claro de un vistazo cuánto material se utiliza.
Lo mismo ocurre con el diseño de chips. Aunque hay miles de millones o decenas de miles de millones de componentes en algunos chips, solo es necesario diseñar cómo organizarlos. Solo hay unos pocos miles o decenas de miles de modelos. En el interior simplemente están organizados de diferentes maneras. Simplemente combine aquellos que tengan la misma función en su conjunto.
Estos métodos de combinación no se realizan manualmente. Solo requieren pensamiento humano. Al igual que cuando desea colocar 100 toneladas de concreto en un edificio, no necesita cientos o miles de personas para hacerlo. persona. Simplemente excavelo a mano y llévelo sobre sus hombros, y simplemente deténgalo con un camión. El camión es la herramienta para diseñar chips. Si conduces el camión, eres el diseñador de chips. Por supuesto, también existe una grúa torre, que también es una herramienta.
Por tanto, el diseño de las virutas se acumula una a una, en lugar de pala a pala. Es demasiado lento.
Por lo tanto, el diseño de chips requiere varias piezas de software, concretamente camiones y grúas torre. Cabrestante, martinete, etc.
Las herramientas son muy importantes. Sin herramientas, no se puede hacer un edificio muy grande, como 1 millón de habitaciones, 10 millones de habitaciones, etc. Una habitación es un transistor, si hay más, hay que diseñar. Es absolutamente imposible dibujar canales, combinaciones, etc. por parte de humanos. Solo se pueden usar software para dibujar 10,000 piezas. ¿Cuántos años se necesitan para dibujar decenas de ellas? miles de millones?, sólo se necesitan unos meses para utilizar el software.
Aunque este ejemplo no es apropiado, es bueno tener una comprensión general. De todos modos, solo somos usuarios. No nos importa cómo surgió, solo nos importa cómo es fácil de usar. .
ctrl c,
ctrl v.
Enfoque de diseño modular.
Diseña casas, construye casas y produce ladrillos, cemento y barras de acero. Los arquitectos no construyen sus propias casas con un grano de arena, una cucharada de cemento y una barra de acero.
Por ejemplo, si hay un componente con 20 millones de transistores que está listo para usarse esta vez, simplemente lo tomaré y lo usaré. Esa parte también se compone de muchas partes más pequeñas.
El circuito integrado inicial a pequeña escala sólo tenía unas pocas docenas de transistores.
El diseño de chips a gran y ultragran escala requiere software de diseño auxiliar, y el desarrollo iterativo y continuo aumenta gradualmente el número de transistores.
Al ver a tanta gente en el área de comentarios que piensan que son increíbles comentando que los chips son fáciles de construir, al igual que construir un edificio, me siento aliviado. El país realmente todavía necesita desarrollar bienes raíces, así que hagámoslo. dejar de lado la tecnología primero. No había esperanza. Pensé que habría algunas personas que podrían ver con claridad, así que seguí el torrente.
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