一顆芯片從構想到完成電路設計的過程是怎樣的

如果只是科普大流程的話，從199X年硅片的制作流程就沒怎么變過，唯一對芯片設計造成比較大的影響的是隨著MOS管變小增加的Design Rule。

我來簡單的說一下模擬電路和數(shù)字電路設計/制作方面的差別吧：

首先明確一點：所有的ASIC（Application-Specific Integrated Circuit），也即應用芯片，都是有一個Design的目的，如果是在工廠里就是乙方提的要求；在PhD生涯里就是老板布置的活...

要成功通關，待我細細道來：

小怪：數(shù)字電路電路圖推薦武器：Verilog

數(shù)字電路一般用Verilog寫，主要是因為方便（我才不告訴你我手動壘Standard Cell呢）。比如說CPU級別的芯片，動輒上億的MOS管， 就算一秒畫一個，不計連線時間，你得畫38個月。

小怪：數(shù)字電路仿真推薦武器：VCS，MMSIM

寫完了Verilog，就要跑數(shù)字仿真了。一般會用到Synopsys的VCS或者Mentor Graphics的MMSIM之類的。

這個仿真非?？欤驗槊恳粋€MOS管都被看成是開關，然后加上一些非常粗糙的模擬出來的延遲時間，目的是看你寫出來的玩意能不能正常工作。

小怪：模擬電路電路圖推薦武器：Cadence（允許準確擊打），SPICE（自由度高，可長可短）等

這個就比較復雜了。因為模擬電路的自由度非常高! 比方說，一個MOS管在數(shù)字電路條件下就是一個開關，但是在模擬電路里面，根據(jù)柵極電壓和電路結構不一樣，分分鐘完成：開路-大電阻-放大器-電流源-導通各種功能。所以呢，模擬電路基本就得手畫了。

小怪：模擬電路仿真推薦武器：Spectre（精度最高），HSPICE，PSpice，HFSS等注：最好跟打小怪，模擬電路電路圖小怪用一樣的武器

模擬電路的仿真包括但不限于：調節(jié)分壓，仿真，模擬工作點等... 而且千萬記?。≡O計過程中，精細（Swing≤100 mV）的模擬電路要做噪聲分析！不然各種地方的噪音分分鐘教你做人...好，現(xiàn)在假設我們有電路圖啦~

數(shù)字電路的電路圖長這樣：

模擬電路的電路圖長這樣：

下一步，就是要把這些東西變成實實在在的電路：

小Boss：綜合電路推薦武器：Design Compiler（DC）

數(shù)字電路需要用到Design Compiler，Synopsys公司出的大殺器，一招把Verilog轉成Verilog！這一步叫做Synthesis（綜合）。綜合出來的電路也是Verilog格式，但是長這樣：

把一堆描述性質的語言轉換成真正的Standard Cell（標準門電路），Standard Cell長這樣：

小Boss：模擬電路Layout

推薦武器：Cadence Layout Editor等

模擬電路就比較煩了， 一般會手畫，大概長這樣：

這一個是比較規(guī)整的Design，來個不規(guī)整的：

師兄有云：畫模擬電路的Layout是體力活，我表示師兄說的太對了！

小Boss：數(shù)字電路Layout必殺：向門神告狀（DRC/LVS Fail）推薦武器：IC-compiler，Encounter

數(shù)字電路接下來就需要Place and Route（布線）了。一般這個步驟由IC-Compiler / Encounter等工具來完成。具體就是，把綜合過的Verilog中的每個Standard Cell找到對應的Standard Cell Layout，布置在用戶指定的范圍內，然后自動連線。

這個自動連線就很講究：自動布線要先連時鐘信號，然后連電源網(wǎng)絡，最后連其他的數(shù)字信號等。

時鐘信號默認會使用雙倍線寬，如有分支，盡量使用對稱的結構；然后使用用戶的方式架設電源網(wǎng)絡。為什么叫電源網(wǎng)絡呢？因為一般片上的電源長這樣：

power net這名字不是白起的...自動布線就不展開講了...學問太多了（主要是制作工藝...）之后，還有一個很重要的步驟：Filler Cell，什么意思呢？數(shù)字電路的Standard Cell放完了，連好線了，大致長這樣：

圖中的那幾個淡藍色的Cell就是Standard Cell，連線未顯示。你要敢把這個Design交到Fab去做，人家分分鐘咒你全家。

為什么呢？打個比方：我想讓你幫我剪一個窗花，給你一張A4紙（大概58800mm2），然后說，我想要剪個窗花，但是窗花的總面積不要超過1mm2，最好還要有鏤空，有個人...blah blah blah...恩，差不多一個意思...

所以為了讓廠家和你不要那么難過，需要在片上沒東西的地方加上Filler，也就是長得像Standard Cell但是里面就是一坨沒有連線的金屬和輕摻雜層的東西。

之后，兩大門神決定了你能不能提交：

門神1：Design Rule Check（DRC）必殺1：Area XX too small必殺2：XX to XX must be greater than or equal to 0.038必殺3：...推薦武器：Calibre RVE，ASSURA，仔細檢查+喊師兄幫忙

每一招都對應的是（由于技術原因或者安全原因）無法被制作出來的部分。反正招招必死。想擊敗他必須一招都不能中（No Design Rule Violation）。

門神2：Layout Versus Schematic check（LVS）必殺：Layout does not match Schematic推薦武器：Calibre RVE，ASSURE，喊老板幫忙

確定你畫的這個奇形怪狀的Layout跟一開始的電路圖是對的上號的。雖然此門神僅有一招，但是這招千變萬化，難以招架。

兩大門神都開心了之后，你就可以把你做出來的這個Graphic Database System II（GDSII）文件交到廠商的手里了。

凡人即使有武器，挑戰(zhàn)這個Boss也屬不易。需要花重金升級武器才行，比如說：

Boss：PCB Design必殺：信號太多，面積太小，驅動太弱，電容太大，燒Chip推薦武器：Altium Design，Eagle等

做出了Chip之后，就需要畫一個配套的PCB，將外圍電路在板上搭建好，或者引至其他外設等。

最終Boss：System Design必殺：此Boss神通廣大，一切外部設備都可以喚來作為必殺推薦武器：The best weapon is the one between your ears，USE IT

最終，我們需要這個芯片在應用中展現(xiàn)它的實力，所以一個不滿足需求的芯片就是渣渣。