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芯片作为现代电子产品的核心部件,芯片设计到底难在哪儿?

  • 发布时间: 2023-07-12

 芯片作为现代电子产品的核心部件,一直充当着“大脑”的位置,其技术含量和资金极度密集,生产线动辄数十亿上百亿美金。
  芯片制造的完整过程包括:芯片设计、晶圆制造、封装、测试等几个主要环节,其中每个环节都是技术和科技的体现。
  对于芯片来说设计和工艺同样复杂,八十年代EDA技术诞生——芯片自动化设计,使得芯片设计以及超大规模集成电路的难度大为降低,工程师只需将芯片的功能用芯片设计语言描述并输入电脑,再由EDA工具软件将语言编译成逻辑电路,然后再进行调试即可,正如编辑文档需要微软的office,编辑需要photoshop一样,芯片开发者利用EDA软件平台来进行电路设计、性能分析到生成芯片电路版图。现在的一块芯片有上百亿个晶体管,不依靠EDA工具,高端芯片设计根本无从下手。你细品,这么浩瀚的工程怎么能靠手动完成呢?
  重点是尽管有了EDA也并不代表芯片设计这件事很容易,芯片设计仍然是一个集高精尖于一体的复杂系统工程。
  不管是IDM还是fabless,共同的特点是以芯片设计为产业的核心。举个栗子,2018年AMD的处理器改由台积电代工,制程为7nm,英特尔的处理器制程还是14nm,但性能照样压制了AMD,说明芯片设计也是非常关键的鸭。
  设计一款芯片,开发者先要明确需求,确定芯片“规范”,定义诸如指令集、功能、输入输出管脚、性能与功耗等关键信息,将电路划分成多个小模块,清晰地描述出对每个模块的要求。
  然后由“前端”开发者根据每个模块功能设计出“电路”,运用计算机语言建立模型并验证其功能准确无误。“后端”开发者则要根据电路设计出“版图”,将数以亿计的电路按其连接关系,有规律地翻印到一个硅片上。
  至此,芯片设计才算完成。如此复杂的设计,不能有任何缺陷,否则无法修补,必须从头再来。如果重新设计加工,一般至少需要一年时间,再投入上千万美元的经费,有时候甚至需要上亿。

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