IC設計

　　基本概念

　　IC設計涉及硬件軟件兩方面專業(yè)知識。硬件包括數(shù)字邏輯電路的原理和應用、模擬電路、高頻電路等。軟件包括基礎的數(shù)字邏輯描述語言，如VHDL等，微機匯編語言及C語言。作為初學者，需要了解IC設計的基本流程：基本清楚系統(tǒng)、前端、后端設計和驗證的過程，IC設計同半導體物理、通信或多媒體系統(tǒng)設計之間的關系，了解數(shù)字電路、混合信號的基本設計過程。

　　IC設計是將系統(tǒng)、邏輯與性能的設計要求轉化為具體的物理版圖的過程，也是一個把產(chǎn)品從抽象的過程一步步具體化、直至最終物理實現(xiàn)的過程。為了完成這一過程，人們研究出了層次化和結構化的設計方法：層次化的設計方法能使復雜的系統(tǒng)簡化，并能在不同的設計層次及時發(fā)現(xiàn)錯誤并加以糾正；結構化的設計方法是把復雜抽象的系統(tǒng)劃分成一些可操作的模塊，允許多個設計者同時設計，而且某些子模塊的資源可以共享。

　　IC設計簡單的說就是硬件電路設計。設計者根據(jù)設計要求，提出設計構思，并將這個構思逐步細化，直到具體代碼實現(xiàn)；在由代碼綜合出門及網(wǎng)表，生成版圖，最終制成產(chǎn)品的過程。在IC產(chǎn)品的設計中，好的設計思想價值千金，當然，有了好的設計思想之后，也需要高水平的設計技能來實現(xiàn)。

　　集成電路設計流程

　　集成電路設計的流程一般先要進行軟硬件劃分，將設計基本分為兩部分：芯片硬件設計和軟件協(xié)同設計。

        芯片硬件設計包括：

　　1．功能設計階段。

　　設計人員產(chǎn)品的應用場合，設定一些諸如功能、操作速度、接口規(guī)格、環(huán)境溫度及消耗功率等規(guī)格，以做為將來電路設計時的依據(jù)。更可進一步規(guī)劃軟件模塊及硬件模塊該如何劃分，哪些功能該整合于SOC 內(nèi)，哪些功能可以設計在電路板上。

　　2．設計描述和行為級驗證

　　供能設計完成后，可以依據(jù)功能將SOC 劃分為若干功能模塊，并決定實現(xiàn)這些功能將要使用的IP 核。此階段將接影響了SOC 內(nèi)部的架構及各模塊間互動的訊號，及未來產(chǎn)品的可靠性。

　　決定模塊之后，可以用VHDL 或Verilog 等硬件描述語言實現(xiàn)各模塊的設計。接著，利用VHDL 或Verilog 的電路仿真器，對設計進行功能驗證（function simulation，或行為驗證 behavioral simulation）。

　　注意，這種功能仿真沒有考慮電路實際的延遲，但無法獲得精確的結果。

　　3．邏輯綜合

　　確定設計描述正確后，可以使用邏輯綜合工具（synthesizer）進行綜合。

　　綜合過程中，需要選擇適當?shù)倪壿嬈骷欤╨ogic cell library），作為合成邏輯電路時的參考依據(jù)。

　　硬件語言設計描述文件的編寫風格是決定綜合工具執(zhí)行效率的一個重要因素。事實上，綜合工具支持的HDL 語法均是有限的，一些過于抽象的語法只適于作為系統(tǒng)評估時的仿真模型，而不能被綜合工具接受。

　　邏輯綜合得到門級網(wǎng)表。

　　4．門級驗證（Gate-Level Netlist Verification）

　　門級功能驗證是寄存器傳輸級驗證。主要的工作是要確認經(jīng)綜合后的電路是否符合功能需求，該工作一般利用門電路級驗證工具完成。

　　注意，此階段仿真需要考慮門電路的延遲。

　　5．布局和布線

　　布局指將設計好的功能模塊合理地安排在芯片上，規(guī)劃好它們的位置。布線則指完成各模塊之間互連的連線。

　　注意，各模塊之間的連線通常比較長，因此，產(chǎn)生的延遲會嚴重影響SOC的性能，尤其在0.25 微米制程以上，這種現(xiàn)象更為顯著。

　　目前，這一個行業(yè)仍然是中國的空缺，開設集成電路設計與集成系統(tǒng)專業(yè)的大學還比較少，其中師資較好的學校有 上海交通大學，哈爾濱工業(yè)大學，黑龍江大學、東南大學，西安電子科技大學，電子科技大學，哈爾濱理工大學，復旦大學，華東師范大學等。

　　這個領域已經(jīng)逐漸飽和，越來越有趨勢走上當年軟件行業(yè)的道路。

　　模擬集成電路設計的一般過程：

　　1.電路設計

　　依據(jù)電路功能完成電路的設計。

　　2.前仿真

　　電路功能的仿真，包括功耗，電流，電壓，溫度，壓擺幅，輸入輸出特性等參數(shù)的仿真。

　　3.版圖設計（Layout）

　　依據(jù)所設計的電路畫版圖。一般使用Cadence軟件。

　　4.后仿真

　　對所畫的版圖進行仿真，并與前仿真比較，若達不到要求需修改或重新設計版圖。

　　5.后續(xù)處理

　　將版圖文件生成GDSII文件交予Foundry流片。