ChipDesign[推荐]深入大规模芯片设计全过程
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芯片制作的7个流程芯片制作是一项复杂而精细的过程,通常包括以下七个主要流程:设计、掩膜制作、晶圆制作、晶圆加工、探针测试、封装测试和封装。
1.设计芯片设计是芯片制作的第一步。
设计师利用计算机辅助设计(CAD)软件来绘制芯片的电路图,包括电子器件构造、连接方式和工作原理等。
设计师还需要考虑功耗、性能要求和芯片尺寸等因素,以确保设计的芯片能够满足特定的应用需求。
2.掩膜制作掩膜制作是将芯片设计转化为实际制造的重要步骤。
在这一步骤中,设计师将芯片设计转换为掩膜图案,并使用光刻技术将掩膜图案复制到光刻胶上。
然后,通过光刻和腐蚀等过程,在硅片上创建出掩膜所需要的结构和电路。
3.晶圆制作晶圆制作是在硅片上形成芯片的过程。
这个过程通常包括选择适当的硅片和清洁表面,以及在晶片上应用氧化层等。
晶圆制作还涉及将掩膜图案沉积到晶圆上,生成所需的导电或绝缘材料。
4.晶圆加工晶圆加工是通过使用化学腐蚀、离子注入、物理气相沉积和化学气相沉积等技术,将晶圆上的材料进行加工的过程。
在晶圆加工过程中,可以通过控制加工参数和选择不同的材料,来实现芯片中所需的电路和结构。
5.探针测试探针测试是在晶圆上进行电气测试的过程。
在这个过程中,使用探针接触芯片表面上的电路,并将电压或电流应用到芯片上,以测试其电气性能和功能。
探针测试可以帮助检测芯片制造过程中可能出现的错误和缺陷,并进行必要的修复和调整。
6.封装测试封装测试是将芯片封装为最终产品后进行的一系列测试。
在封装测试中,芯片被安装在封装中,并连接到测试设备进行电气测试。
封装测试可以确保芯片在实际使用中能够正常工作,并符合性能和可靠性要求。
7.封装封装是将芯片封装到外部保护层中,以确保其在使用和环境中的可靠性和耐久性。
在封装过程中,芯片被放置在封装底座上,并用封装材料进行覆盖和固定。
封装材料可以提供保护、散热和连接芯片与其他电路的功能。
芯片制作是一个复杂而精细的过程,需要高度的技术和精确的控制。
芯片设计流程具体步骤随着现代化科技的快速发展,芯片作为电子设备的重要组成部分,成为数字人类不可或缺的一部分。
芯片设计流程是制作芯片的必经之路。
在本文中,我们将介绍具体的芯片设计流程,包括以下步骤:一、需求分析芯片设计的第一步是需求分析。
在这个阶段,设计人员需要详细了解客户的需求,理解整个芯片设计的范围和目的。
这需要与客户和相关的技术专家进行深入的交流和磋商,并最终确定芯片所需的技术规格。
二、功能分析和构想在需求分析的基础上,设计人员将开始功能分析和构想的阶段。
在这个阶段,设计人员会将需求转换为实际的设计,以确保芯片设计可以实现所需功能。
在此过程中,设计人员需要决定电路架构和电路功能的设计要点。
三、设计验证一旦芯片的功能架构被确定,就需要进行设计验证。
验证不仅可以发现设计中的错误,还可以优化设计方案、提高性能。
验证的方式有多种,如模拟仿真、数字仿真、物理仿真等。
验证分为功能验证和性能验证。
四、硬件设计硬件的设计是一个复杂的过程,包括原理图设计、电路板布局和元器件选择。
设计人员需要制定出一份完整的硬件设计规范,并按照规范进行设计和调试。
一般情况下,硬件设计是一个迭代的过程,需要多次修改和验证。
五、软件设计在硬件设计完成后,需要进行软件开发。
根据硬件设计的标准和功能需求,编写应用程序和固件,实现芯片的功能。
这可能包括操作系统的开发,及与硬件相关的编程语言的编写。
六、芯片制造制造流程是芯片设计中的最后一个步骤。
该步骤包括制造流程的规划、控制、实施和监控。
制造流程的主要目的是保证芯片的能力和功能的可靠性,同时开发出结构更小、功耗更低和性能更强的芯片。
以上就是芯片设计的具体步骤,这些步骤中任何一个环节的失误都可能导致芯片设计的失败。
因此,在设计过程中,设计人员需要做好规划、管理设计和生产过程,并确保最终的芯片产品达到所需的品质和性能水平。
芯片设计开发流程
芯片设计开发流程包括以下步骤:
1.需求分析:确定芯片的功能需求和性能指标,以及应用场景和目标市场等信息。
2.架构设计:根据需求分析结果,制定芯片的总体架构设计方案,包括功能模块划分、设计思路、接口协议等内容。
3.电路设计:根据架构设计方案,进行具体的电路设计,包括模拟电路设计、数字电路设计等。
4.电路仿真:使用仿真软件对电路进行仿真验证,分析电路的性能和可靠性等指标。
5.物理设计:根据电路设计结果进行芯片物理设计,包括布图、版图设计、连接线路布线等。
6.确认测试:对芯片进行初步确认测试,确保芯片的基本功能能够正常使用。
7.封装测试:进行芯片的封装、标识和测试等流程,确保芯片各项指标符合要求。
8.验证测试:进行芯片的验证测试,测试芯片的功能、性能和稳定性等指标。
9.生产制造:安排芯片的生产制造,包括生产、封装、测试和质量控制等环节。
10.市场推广:将芯片推向市场,进行宣传和推广工作,推动芯片在目标市场的应用和推广。
芯片设计流程具体步骤芯片设计是现代电子技术领域中的一项重要工作,它涉及到电子器件的原理、电路设计、物理布局、逻辑设计以及测试验证等多个环节。
下面将详细介绍芯片设计的具体步骤。
第一步:需求分析在进行芯片设计之前,首先需要明确设计的目标和需求。
这包括芯片的功能要求、性能指标、功耗要求以及成本预算等。
通过与客户沟通和需求调研,确定芯片设计的基本方向和要求。
第二步:架构设计在完成需求分析后,需要进行芯片的架构设计。
架构设计是整个芯片设计的核心,它决定了芯片内部各个模块之间的连接方式和通信协议。
在进行架构设计时,需要考虑芯片的功能划分、模块之间的数据传输方式以及模块的接口设计等。
第三步:逻辑设计逻辑设计是芯片设计的重要环节,它将芯片的功能需求转化为逻辑电路。
在逻辑设计过程中,需要进行电路的逻辑门选择、逻辑方程的设计以及时序逻辑的优化等。
通过使用EDA工具,可以将逻辑设计转化为电路图,并进行仿真验证。
第四步:物理布局物理布局是将逻辑电路映射到实际芯片中的过程。
在进行物理布局时,需要考虑芯片的面积利用率、信号线的长度和走线规划等。
通过使用布局工具,可以将逻辑电路进行物理布局,并生成布局图。
第五步:版图设计版图设计是在物理布局的基础上进行的。
在进行版图设计时,需要考虑芯片的工艺制约、电路的电性能和功耗等。
通过使用版图工具,可以对物理布局进行细化设计,并生成版图。
第六步:验证与测试在完成芯片设计后,需要进行验证和测试工作。
验证主要是通过模拟和仿真来验证芯片的功能和性能是否满足设计要求。
测试则是通过芯片的实际生产和测试来验证。
通过使用验证工具和测试设备,可以对芯片进行全面的验证和测试。
第七步:制造和生产在完成芯片的验证和测试后,需要进行芯片的制造和生产。
这包括芯片的掩膜制作、晶圆加工、封装测试等环节。
通过使用专业的芯片制造设备和流程,可以将芯片设计转化为实际的产品。
第八步:产品发布和市场推广在芯片的制造和生产完成后,需要进行产品的发布和市场推广。
制作芯片的全过程1.设计阶段:芯片制作的第一步是进行硬件设计,主要包括电路设计和布局设计。
电路设计是将芯片的功能划分为不同的电路模块,然后使用专业的电子设计自动化工具进行电路图的设计和模拟仿真。
布局设计则是将电路图转化为布局结构,确定电路的各个元件的位置和布线的方式。
2.掩膜制作:在设计完成后,需要将电路图转化为光刻掩膜,用于制造芯片的控制。
掩膜制作是将电路图通过光刻技术转移到硅片上的过程。
首先,使用计算机辅助设计软件将电路图转换为掩膜图,然后通过激光曝光系统将掩膜图转移到光刻胶上,最后通过化学腐蚀将光刻胶转移到硅片上形成电路。
3.硅片制造:制作芯片的主要基板是硅片,硅片制造是芯片制造的核心环节。
制造过程主要包括硅片生长、切割和平整化。
首先,将硅原料加热融化,并通过化学反应生成晶体硅,并在特定条件下将硅晶体自上而下生长。
之后,将生长的硅晶体切割成合适大小的硅片,并通过化学机械打磨和化学腐蚀等工艺对硅片进行平整化处理。
4.控制制造过程:在芯片制造的过程中,需要严格控制各个参数,确保芯片的质量和性能。
这包括温度、湿度、材料纯度、化学物质浓度等。
同时,还需要引入过程控制工具,如自动化测量仪器、反馈控制系统等,以保证制造过程的稳定性和重复性。
5.制造电路:在硅片上制造电路主要包括掺杂、沉积和蚀刻等工艺。
掺杂是向硅片中引入掺杂剂,改变硅材料的电子特性,形成不同的电路结构。
沉积是将金属、氧化物、氮化物等材料沉积到硅片的表面上,用于形成电路元件。
蚀刻则是通过化学溶液去除不需要的材料,形成电路结构。
6.电路连接:在电路制造完成后,需要将不同的电路元件进行连接,形成完整的电路结构。
这包括使用金属导线将不同的元件连接起来,以及将电路与外部引脚进行连接。
连接方法主要有铝线连接、金线连接和焊接连接等。
7.测试和封装:制造完成后,需要对芯片进行测试和封装。
测试是为了确保芯片的功能和性能符合设计要求,主要包括功能测试、电性能测试和可靠性测试等。
芯片制作的7个流程一、设计芯片制作的第一个流程是设计。
设计师根据芯片的功能需求和规格要求,进行电路设计和布局设计。
电路设计包括选择合适的逻辑门、电源电压、时钟频率等,以及设计电路的连接关系和逻辑功能;布局设计则是将电路设计的各个模块进行布局排列,以便后续的加工和制造。
二、掩膜制作掩膜制作是芯片制作过程中的关键步骤。
掩膜是用于制造芯片的模板,通过光刻技术将电路设计转移到芯片基片上。
首先,设计师将电路设计转化为掩膜图形,然后通过光刻机将掩膜图形转移到光刻胶上,并进行曝光和显影等步骤,最终得到一张包含电路图形的掩膜。
三、芯片制造芯片制造是将掩膜上的电路图形转移到芯片基片上的过程。
首先,将掩膜对准芯片基片,然后通过光刻机将电路图形转移到光刻胶上。
接着,通过蚀刻、沉积、刻蚀等工艺步骤,将电路图形转移到芯片基片上,并形成各个层次的电路结构。
最后,进行清洗和检验等步骤,确保芯片质量符合要求。
四、封装测试芯片制造完成后,需要进行封装和测试。
封装是将芯片连接到封装材料中,以便插入电路板或其他设备中使用。
测试是对封装后的芯片进行功能和性能的测试,确保芯片能够正常工作。
封装和测试是芯片制造中的最后一道工序,也是保证芯片质量的关键环节。
五、质量控制在芯片制作过程中,质量控制是非常重要的。
质量控制包括对原材料的检验、各个制造环节的监控以及最终产品的检测和验证。
通过建立严格的质量控制体系,可以确保芯片的质量稳定可靠。
六、性能调试芯片制作完成后,还需要进行性能调试。
性能调试是对芯片进行功能验证和性能优化的过程。
通过连接芯片到测试设备,对芯片进行各种测试和验证,找出可能存在的问题并进行优化和修复,以确保芯片能够满足设计要求。
七、量产经过设计、制造、封装、测试和调试等流程后,如果芯片的性能和质量都符合要求,就可以进行量产。
量产是将芯片大规模制造的过程,包括原材料的采购、设备的配置和生产线的调试等。
量产后的芯片可以广泛应用于各个领域,如电子产品、通信设备、汽车等。
1、沉积
制造芯片的第一步,通常是将材料薄膜沉积到晶圆上。
材料可以是导体、绝缘体或半导体。
2、光刻胶涂覆
进行光刻前,首先要在晶圆上涂覆光敏材料“光刻胶”或“光阻”,然后将晶圆放入光刻机。
3、曝光
在掩模版上制作需要印刷的图案蓝图。
晶圆放入光刻机后,光束会通过掩模版投射到晶圆上。
光刻机内的光学元件将图案缩小并聚焦到光刻胶涂层上。
在光束的照射下,光刻胶发生化学反应,光罩上的图案由此印刻到光刻胶涂层。
4、计算光刻
光刻期间产生的物理、化学效应可能造成图案形变,因此需要事先对掩模版上的图案进行调整,确保最终光刻图案的准确。
ASML将现有光刻数据及圆晶测试数据整合,制作算法模型,精确调整图案。
5、烘烤与显影
晶圆离开光刻机后,要进行烘烤及显影,使光刻的图案永久固定。
洗去多余光刻胶,部分涂层留出空白部分。
6、刻蚀
显影完成后,使用气体等材料去除多余的空白部分,形成3D电路图案。
7、计量和检验
芯片生产过程中,始终对晶圆进行计量和检验,确保没有误差。
检测结果反馈至光刻系统,进一步优化、调整设备。
8、离子注入
在去除剩余的光刻胶之前,可以用正离子或负离子轰击晶圆,对部分图案的半导体特性进行调整。
9、视需要重复制程步驟
从薄膜沉积到去除光刻胶,整个流程为晶圆片覆盖上一层图案。
而要在晶圆片上形成集成电路,完成芯片制作,这一流程需要不断重复,可多达100次。
10、封装芯片
最后一步,切割晶圆,获得单个芯片,封装在保护壳中。
这样,成品芯片就可以用来生产电视、平板电脑或者其他数字设备了!。
芯片设计流程详解芯片设计是指进行各种型号的集成电路芯片的设计和开发过程。
芯片设计流程旨在确保芯片满足设计要求,并具有高性能、低功耗、良好的测试和可靠性。
下面将对芯片设计流程进行详细解析。
芯片设计流程通常包括以下几个步骤:需求分析:在芯片设计之前,首先要明确设计目标和需求,确定芯片的功能、性能和功耗等方面的要求。
需求分析是整个芯片设计流程的重要基础,对后续设计工作起到指导作用。
架构设计:在需求分析的基础上,进行芯片的架构设计。
架构设计要确定芯片的整体结构和功能模块划分,以及各个模块之间的接口和通信方式。
逻辑设计:根据架构设计,进行芯片的逻辑设计。
逻辑设计是将芯片的功能模块细化为逻辑电路,采用硬件描述语言(HDL)进行设计。
逻辑设计包括逻辑门电路的设计、时序电路的设计、存储器的设计等。
电路设计:在逻辑设计的基础上,进行芯片的电路设计。
电路设计是将逻辑电路转化为实际的模拟或数字电路,包括电路原理图的设计、布局布线的设计、时钟电路的设计等。
物理设计:在电路设计的基础上,进行芯片的物理设计。
物理设计包括芯片的版图设计、功耗优化、信号完整性分析等。
验证与仿真:在物理设计完成后,对芯片进行验证和仿真。
验证和仿真是验证芯片设计是否满足需求的关键步骤,包括功能验证、时序验证、功耗验证等。
样片制造:在验证与仿真通过后,将芯片设计转化为实际的芯片样片。
样片制造包括掩模设计、光刻工艺、晶圆制造等。
测试与调试:制造完成的芯片样片需要进行测试和调试,以确保其性能和可靠性。
测试与调试包括芯片测试程序的编写、测试设备的配置等。
产品化:测试和调试通过后,将样片进一步量产,形成实际的芯片产品。
产品化包括生产流程的管理、质量控制等。
总结来说,芯片设计流程包括需求分析、架构设计、逻辑设计、电路设计、物理设计、验证与仿真、样片制造、测试与调试、产品化等多个步骤。
通过这些步骤的有序进行,可以确保芯片设计满足需求,并具有高性能、低功耗、良好的测试和可靠性。
芯片设计流程芯片设计是一项复杂而精密的工作,它涉及到从概念到实际生产的多个阶段,需要设计人员具备扎实的专业知识和丰富的实践经验。
在芯片设计流程中,需要经过多个步骤,包括需求分析、架构设计、逻辑设计、物理设计、验证与测试等环节。
下面将对芯片设计的整个流程进行详细介绍。
首先,需求分析是芯片设计的起点。
在这个阶段,设计人员需要与客户充分沟通,了解客户对芯片的功能、性能、功耗、成本等方面的需求。
通过需求分析,设计人员可以明确芯片的基本功能和性能指标,为后续的设计工作奠定基础。
接下来是架构设计阶段。
在这个阶段,设计人员需要根据需求分析的结果,确定芯片的整体架构和各个模块之间的关系。
通过合理的架构设计,可以有效地分配资源,提高芯片的性能和功耗比,同时也能够简化后续的逻辑设计工作。
逻辑设计是芯片设计流程中的重要环节。
在这个阶段,设计人员需要将芯片的功能和架构转化为逻辑电路,包括逻辑门、寄存器、计数器等。
通过逻辑设计,可以实现芯片的基本功能,并对芯片的性能和功耗进行初步评估。
物理设计是将逻辑电路转化为实际的物理结构的过程。
在这个阶段,设计人员需要进行布局设计和布线设计,包括逻辑元件的布局和连接线的布线。
通过物理设计,可以优化芯片的布局和布线,提高芯片的性能和稳定性。
验证与测试是芯片设计流程中的最后一个环节。
在这个阶段,设计人员需要对设计的芯片进行功能验证和性能测试,确保芯片能够正常工作并满足客户的需求。
通过验证与测试,可以及时发现和修复设计中的问题,保证芯片的质量和可靠性。
总的来说,芯片设计流程包括需求分析、架构设计、逻辑设计、物理设计、验证与测试等多个阶段,每个阶段都至关重要。
只有在每个环节都做到精益求精,才能设计出高性能、高可靠性的芯片产品。
希望本文对芯片设计流程有所帮助,谢谢阅读!。
芯片制作的7个流程芯片制造是一个复杂精细的过程,通常涉及七个主要的流程。
这些流程包括晶圆制备、光刻、雕刻、清洗、离子注入、金属沉积和封装测试。
详细介绍如下:1.晶圆制备:芯片制造的第一步是准备晶圆。
晶圆是由硅等半导体材料制成的圆片,通常直径为8英寸或12英寸。
在此步骤中,晶圆表面必须是干净、平滑且无缺陷的,以确保最终芯片的品质。
2.光刻:光刻是一种通过光照和化学处理在晶圆上图案化的过程。
在这个过程中,一层光刻胶被涂覆在晶圆表面上,然后使用掩膜和紫外线光照射,使光刻胶部分发生变化。
通过不同的光刻层和能量分布,可以在晶圆表面创建所需的微小结构。
3.雕刻:雕刻是将光刻胶中未被光照的区域去除的过程。
雕刻可以使用化学腐蚀或物理蚀刻方法来实现。
通过去除光刻胶,暴露在晶圆表面的区域可以被进一步加工和补充。
4.清洗:在雕刻之后,晶圆表面可能会残留一些不需要的物质,如光刻胶残留或金属杂质。
清洗流程用于去除这些残留物,以确保晶圆表面的纯净度和平滑度。
常用的清洗方法包括化学清洗和超纯水清洗。
5.离子注入:离子注入是向晶圆表面注入特定材料的过程。
这种方法可以改变半导体材料的电学性质,如改变其导电性或控制晶体缺陷。
通过对离子种类、能量和注入时间的控制,可以实现精确的材料变化。
6.金属沉积:金属沉积是将金属材料沉积在晶圆表面的过程。
这是为了建立芯片中的导线和电路连接。
金属沉积可以使用物理气相沉积、化学气相沉积或物理激发沉积等技术来实现。
7.封装测试:最后一个流程是芯片的封装和测试。
这包括将芯片封装在一个保护性外壳中,并对其进行各种电学和功能测试。
这些测试可以确保最终芯片的功能和性能达到预期,并满足质量标准。
总结起来,芯片制造的七个主要流程包括晶圆制备、光刻、雕刻、清洗、离子注入、金属沉积和封装测试。
这些流程需要高度的精确度和注意细节,以确保最终芯片的质量和性能。
梦幻之旅--深入大规模芯片设计全过程编者按原文由小熊在线最先发表,介绍了navida公司设计图象处理芯片(GPU)的全过程,本站对文章中一些专业内容进行了修改和补充,让大家可以对大规模芯片设计的过程,以及FPGA在IC设计中的作用,有一个形象的了解。
前言人类对视觉信号天生的敏感决定了对图形处理硬件性能的渴求成了现阶段硬件产业最炙手可热的话题。
与满足听觉的音频设备相比,现在的图形处理技术水平给图形处理还留有很大的发展空间,这就决定了这个产业的竞争充满了变数,在技术开发和市场推广策略上稍有不慎就会别别人赶超。
为了应付激烈的行业竞争,设计出更高性能的图形处理芯片已经成为各个厂商保持自身竞争力水平最重要的手段。
今天我就来大家做一次特殊的旅行,了解图形芯片设计研发的全过程,事实上现在绝大多数的芯片设计厂商都是依照这个程序来进行新品研发的。
确定研发方案和硬件语言描述与任何一个靠生产产品谋求发展的企业一样,设计推出一款新的 GPU 的第一步理所当然的是市场的调研和产品的开发规划。
在这段时间内,未来产品的相关定位,主要占领的市场范围等话题都被提到桌面上讨论,这些问题讨论的结果最终将决定产品最终的研发方案的大体内容:研发成本,研发周期以及开发过程中需要的资源等等。
接下来就要在研发方案确定的大方向的技术上研究从生产工艺,芯片代工等具体的细节问题进行商议。
在成本的限制范围内决定诸如集成晶体管数量等物理参数;紧接着就要在符合生产工艺的芯片代工厂中做出选择了,决定这个的因素很多,当然第一点是能提供生产芯片要求的工艺水平,比如0.15微米,0.13微米,甚至90纳米,其次是代工厂的产品质量和价格因素。
当然很多时候芯片在设计的时候就计划使用比较超前的工艺,保证选择的代工厂(即芯片生产的公司比如TSMC )在芯片设计完成开始投片的时候完成相关工艺改造是十分重要的,如果你在这一点上面做出错误的判断,那对公司造成的损失是巨大的,因为图形芯片行业是一个最求速度的产业,在生产工艺已经决定的情况下,如果要在回过头来修订工艺指标,那进行的工作又会持续几个月,其中的工作量不比重新一块芯片要少多少!当这一切前期环节确定以后,就开始我们这篇文章最主要的部分了,显示芯片构架的设计。
一个设计团队被组织起来定义GPU 支持的技术特征并且制定整个设计工作的日程表(比如团队1在三周内完成反锯齿单元的设计)。
在我们深入介绍芯片的设计过程之前,我们先来了解一下现在芯片制造公司一般的设计流程。
现在,芯片构架的设计一般是通过专门的硬件设计语言Hardware Description Languages (HDL)来完成,所谓硬件设计语言( HDL)顾名思义,是一种用来描述硬件工作过程的语言。
现在被使用的比较多的有 Verilog 、 VHDL。
这些语言写成的代码能够用专门的合成器生成逻辑门电路的连线表和布局图,这些都是将来发给芯片代工厂的主要生产依据。
对于硬件设计语言( HDL)一般的人都基本上不会接触到,我们在这里只给大家简略的介绍一下:在程序代码的形式上HDL和C也没有太大的不同,但他们的实际功能是完全的不同。
比如下面这个Verilog语言中非常基本的一条语句:always@(posedge clock) Q <= D;这相当于C里面的一条条件判断语句,意思就是在时钟有上升沿信号的时候,输出信号 'D' 被储存在'Q'。
就是通过诸如此类的语句描述了触发器电路组成的缓存和显存之间数据交换的基本方式。
综合软件就是依靠这些代码描述出来的门电路的工作方式关系生成电路的。
在芯片的设计阶段基本上都是通过工程师们通过Verilog语言编制HDL代码来设计芯片中的所有工作单元,也决定该芯片所能支持的所有技术特征。
这个阶段一般要持续3到4个月(这取决于芯片工程的规模),是整个设计过程的基础。
在上述的工作完成后,就进入了产品设计的验证阶段,一般也有一两个月的时间。
这个阶段的任务就是保证在芯片最后交付代工厂的设计方案没有缺陷的,就是我们平时所说的产品的“bug”。
这一个阶段对于任何芯片设计公司来说都是举足轻重的一步,因为如果芯片设计在投片生产出来以后验证出并不能像设计的那样正常工作,那就不仅意味着继续投入更多的金钱修改设计,重新投片,还会在图形芯片产业最为重视的产品推出速度方面失去先机。
整个验证工作分为好几个过程,基本功能测试验证芯片内的所有的门电路能正常工作,工作量模拟测试用来证实门电路组合能达到的性能。
当然,这时候还没有真正物理意义上真正的芯片存在,这些所有的测试依旧是通过HDL 编成的程序模拟出来的。
接下来的验证工作开始进行分支的并行运作,一个团队负责芯片电路的静态时序分析,保证成品芯片能够达到设计的主频;另外一个主要由模拟电路工程师组成的团队进行关于储存电路,供电电路的分析修改。
和数字电路的修正工作相比,模拟工程师们的工作要辛苦的多,他们要进行大量的复数,微分方程计算和信号分析,即便是借助计算机和专门的软件也是一件很头疼的事情。
同样,这时候的多有测试和验证工作都是在模拟的状态下进行的,最终,当上述所有的工作完成后,一份由综合软件生成的用来投片生产门电路级别的连线表和电路图就完成了。
但是,图形芯片设计者不会立即把这个方案交付厂家,因为它还要接受最后一个考验,那就是我们通常所说的FPGA (Field Programmable Gate Array)现场可编程门阵列来对设计进行的最终功能进行验证。
对于NV30那样集成一亿多个晶体管超级复杂芯片,在整个使用硬件设计语言( HDL)设计和模拟测试的过程中,要反复运行描述整个芯片的数十亿条的指令和进行真正“海量”的数据储存,因此对执行相关任务的的硬件有着近乎变态的考验。
我们从下面NVIDIA实验室的配备可见一斑。
11台Sun微系统公司提供的SunFire 6800架式服务器,身高6英尺,每一台都配备有 196GB 的内存,单价都在百万美元左右。
Racksaver公司的1U单元组成的架式服务器,每一个1U单元可以配置两块主板,2—4块Pentium 4处理器,整套系统包括2800块CPU并行运行。
这是NVIDIA的硬盘阵列机柜,每一台都放满了硬盘,给上面的那些服务器提供“深不见底”储存容量。
(编者:以上设备是用于一亿门级超大规模集成电路设计的,对于普通中大规模IC设计,一台普通的PC 工作站或UNIX工作站就能够满足要求了)可编程门阵列FPGA模拟验证现场可编程门阵列FPGA可以能完成任何数字器件的功能,上至高性能CPU下至简单的74电路,都可以用它来实现。
FPGA其实是一个包含有大量门电路的逻辑元件,但是它的每一个门的定义可以有使用者来定义,如同一张白纸或是一堆积木,工程师可以通过传统的原理图输入法,或是硬件描述语言自由的设计一个数字系统。
通过软件仿真,我们可以事先验证设计的正确性。
在PCB 完成以后,还可以利用FPGA的在线修改能力,随时修改设计而不必改动硬件电路。
所以说使用FPGA来开发数字电路,可以大大缩短设计时间,更为重要的是大大减少了再出现成品芯片以后反复修改,投片资金和时间的消耗,一块几千美元的FPGA和花费数百万美元得到一块成品芯片相比,消耗是微不足道的.在这个方面,ATI 和 NVIDIA 公司都使用了名为IKOS的FPGA验证系统。
IKOS内部是由多块插卡构成,每块插卡都是一个FPGA阵列,由许多块大规模FPGA组成。
因为到了R300和NV30世代,图形芯片已经成了最复杂的ASIC芯片了,无法用一两块FPGA就能完成验证工作,必须使用这样的专业FPGA验证设备. 当然, FPGA也不是完美无缺的,它固有的缺点就是运行速度还没有ASIC芯片这么快. 和现在动不动运行频率都在200-300MHz 的GPU相比,IKOS 的运行主频大概只有可怜的几十兆Hz左右.当然这些缺点在应用在产品的设计过程中没什么大不了的.它负责的工作就是最终验证芯片设计功能的实现,你可以让IKOS作为显示部分的系统正常运行,进行驱动程序的开发和验证,当然如果你硬要在这样的系统上运行游戏也不是不可能,不过能维持在每秒几帧就不错了.NVIDIA 验证实验室这就是NVIDIA IKOS 实验室中用IKOS 模拟NV30的情形,是不是很不可思议,很难把这样一个红色的大盒子和显卡芯片联系在一起。
试验人员正在这样的NV30下运行WINDOWS2000。
投片生产样片和修正经过前面一系列的验证工作,这道工序就可以告一段落了,几经修订的设计方案被送到了芯片代工厂开始投片生产.代工厂从拿到设计方案到第一批产品下线一般需要四周的时间,不过在这段时间里,设计人员仍旧马不停蹄,继续进行芯片的模拟测试和上市产品PCB(Printed Circuit Boards印刷电路板) 的设计,这就产生了一般官方钦定的“公板”.四周以后,第一批产品下线了,这就是我们一般称为的”A0”版本。
(编者:就是常说的“工程样片”)一般情况下, A0版本的产量不会很多,它们的主要用途还是用来进行测试和修改,一些被送到开发小组继续测试和查错,另一部分被送到相关的卡板厂商处进行相关的测试和设计。
由于现在是有了真正的芯片到手了,查错的手段当然也要和前面的模拟手段不同。
FIB (Focused Ion Beam 聚焦离子束) 系统在这里被引入查错过程。
简单的说FIB系统相当于我们平时在医院看到的各种依靠波束能量进行外科类手术的仪器,它们能在不破坏芯片功能的前提下,对芯片进行门电路级别的修改——切断原有的或者是布置新的门连线,不管你需要修改的电路是在芯片金属布线的哪一层,也不会对芯片造成任何的物理损坏。
这就是nvidia使用的一台FIB 设备当然,除了FIB设备外,还要使用很多其他的测试手段,像上图这台机器同样是一台探测芯片缺陷的设备,工作原理又完全不同,实际上它是一台高性能原子级别电子显微镜。
下面这张图显示的就是一块NVIDIA 芯片在45,000X放大倍数下的面目。
我们在下图中用红线框围绕的部分就是该芯片的缺陷。
一般这种缺陷都是在生产过程中造成的,由于某种其他物质的原子混进高纯度硅晶体中造成的。
这台机器能够辨别出混入的这种原子的种类并且判断可能是什么原因这些原子会进入到芯片的这个部分,从而能采取措施避免这种情况的发生,改善成品率。
当“所有”的缺陷都得到了修正之后,最终的设计被交付到代工厂进行投片生产,这时的产量就不会像A0版本那么少了,但也不是最终的量产版本,在前面验证基本功无误的情况下,这次生产的芯片要进行各种各样的和正式上市产品相关的测试:产品兼容性,工作温度,外围供电电路的稳定性,信号完整性等等,直到产品能达到作为产品上市的程度,这时芯片生产方就可以投入量产了。