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现代集成电路设计方法

发布时间:2011/8/22 14:42:55 访问次数:1819

    1.基于lP的可重用设计方法
    虽然现代集成电路规模变得越来越庞大,功能越来越复杂,但是工程师们发现在许多种类不同、功能不同的集成电路里往往包含许多功能相同的模块。因此,工程师们便可以将这些功能模块做成一个个可重复使用的通用模块,并在新的设计中调用它,这可以使设计效率大大提高。这种可以通用的功能模块就称为知识产权(intellectual property,IP)模块。这种设计理念引起了集成电路产业的一次新分工,一些设计公司开始专门设计一些小型而通用的功能模块,另一些公司则不会像以往那样逐一设计芯片里的每个功能棋
块,而是去购买别的公司已经设计并验证好的模块,然后将这些模块以某种协议集成在一起,便可以完成一块规模庞大、功能复杂的芯片了。这种类似于搭积木的设计方法极大地提高了设计效率,缩小了工艺水平与设计效率的剪刀差,大大缩短了设计周期和上市时
间,同时也降低了设计成本。

    2.基于软件语言的硬件设计方法
    现代集成电路设计最重要的特征就是通过计算机语言来进行实际电路的设计。通过提高电路描述的抽象层次,来达到简化设计、提高设计效率的目的。目前国际上流行的硬件描述语言主要有两种:Verilog HDL和VHDL,都是在20世纪80年代中期开发出来的。两种HDL语言均为IEEE标准,其基本原理是相同的,只是在语法和描述形式上有一些区别。其中Verilog语言是一种从C语言发展出来的专用语言,具有良好的可读性和易用性。除了这两种语言之外,这几年还出现了许多设计、验证以及脚本语言,这些语言被应用在集成电路设计流程中的某个环节中。例如,用于系统级设计的Sy。temC语言和SystemVerilog语言;用于验证的Vera语言;用于特定操作系统中实现工程自动化的Tcl脚本语言等。这些语言的出现,很大程度上提高了工程师的设计效率和准确度。

    3.基于标准单元库的自动设计方法
    我们前面提到,集成电路的版图是在一块半导体材料上实现的电路元器件结构的图形集合,但是设计工程师并不可能去逐个设计这些电路元器件的版图。因此,在现代集成电路设计中引用了标准单元库的概念。芯片制造厂商会为工程师们提供他们所能制造的
标准单元库,库中包含了各种元器件的版图,这些元器件的版图高度相等、宽度不等,称为标准单元。工程师们可以使用专门昀布局布线工具,根据设计要求自动调用这些标准单元来完成版图的设计,从而大大提高了设计效率。


  设计流程
    图3.3.4是集成电路设计流程示意图。设计的内容包括从顶层描述的产品规格开始,到底层描述的完成晶体管器件级掩模图形数据,直到检测,经过规格设计、功能模块设计、逻辑设计、电路设计及版图设计、流片、检测等,依次进行处理。在规格设计中,将市场和用户的要求归纳为功能规格和性能规格。为了实现这些规格,需要确定最适当的计算机运算规则。所谓计算机运算规则,就是实现这些规格的处理顺序和处理方式。

           
    在功能模块设计中,需要查出处理过程中所必需的功能,并对实现这些功能可能的电路进行分割、分层,制作功能框图。这些功能模块又可以分为软件实现的功能和硬件实现的功能。由软件承担的部分交由软件开发,而硬件承担的部分就是HDL设计。
    在逻辑设计中,将各功能框图变换为逻辑门级,作成门级电路图。用寄存器传送级(register transfer level,RTL)描述之后,由逻辑合成工具进行处理。
    在电路设计中,将门电路变换为晶体管电路,作成晶体管级电路图。最后,由晶体管电路作成掩模图形,在版图设计中使用自动配置布线工具。此外,在逻辑模块设计、电路设计和版图设计各个阶段都要运用相应软件工具进行各种仿真。在这些工作中,器件设计和工艺设计的数据也是仿真的结果。
    流片(tapeout)是集成电路设计过程中的最后阶段。  M28F101-200K6 

 


 


 

    1.基于lP的可重用设计方法
    虽然现代集成电路规模变得越来越庞大,功能越来越复杂,但是工程师们发现在许多种类不同、功能不同的集成电路里往往包含许多功能相同的模块。因此,工程师们便可以将这些功能模块做成一个个可重复使用的通用模块,并在新的设计中调用它,这可以使设计效率大大提高。这种可以通用的功能模块就称为知识产权(intellectual property,IP)模块。这种设计理念引起了集成电路产业的一次新分工,一些设计公司开始专门设计一些小型而通用的功能模块,另一些公司则不会像以往那样逐一设计芯片里的每个功能棋
块,而是去购买别的公司已经设计并验证好的模块,然后将这些模块以某种协议集成在一起,便可以完成一块规模庞大、功能复杂的芯片了。这种类似于搭积木的设计方法极大地提高了设计效率,缩小了工艺水平与设计效率的剪刀差,大大缩短了设计周期和上市时
间,同时也降低了设计成本。

    2.基于软件语言的硬件设计方法
    现代集成电路设计最重要的特征就是通过计算机语言来进行实际电路的设计。通过提高电路描述的抽象层次,来达到简化设计、提高设计效率的目的。目前国际上流行的硬件描述语言主要有两种:Verilog HDL和VHDL,都是在20世纪80年代中期开发出来的。两种HDL语言均为IEEE标准,其基本原理是相同的,只是在语法和描述形式上有一些区别。其中Verilog语言是一种从C语言发展出来的专用语言,具有良好的可读性和易用性。除了这两种语言之外,这几年还出现了许多设计、验证以及脚本语言,这些语言被应用在集成电路设计流程中的某个环节中。例如,用于系统级设计的Sy。temC语言和SystemVerilog语言;用于验证的Vera语言;用于特定操作系统中实现工程自动化的Tcl脚本语言等。这些语言的出现,很大程度上提高了工程师的设计效率和准确度。

    3.基于标准单元库的自动设计方法
    我们前面提到,集成电路的版图是在一块半导体材料上实现的电路元器件结构的图形集合,但是设计工程师并不可能去逐个设计这些电路元器件的版图。因此,在现代集成电路设计中引用了标准单元库的概念。芯片制造厂商会为工程师们提供他们所能制造的
标准单元库,库中包含了各种元器件的版图,这些元器件的版图高度相等、宽度不等,称为标准单元。工程师们可以使用专门昀布局布线工具,根据设计要求自动调用这些标准单元来完成版图的设计,从而大大提高了设计效率。


  设计流程
    图3.3.4是集成电路设计流程示意图。设计的内容包括从顶层描述的产品规格开始,到底层描述的完成晶体管器件级掩模图形数据,直到检测,经过规格设计、功能模块设计、逻辑设计、电路设计及版图设计、流片、检测等,依次进行处理。在规格设计中,将市场和用户的要求归纳为功能规格和性能规格。为了实现这些规格,需要确定最适当的计算机运算规则。所谓计算机运算规则,就是实现这些规格的处理顺序和处理方式。

           
    在功能模块设计中,需要查出处理过程中所必需的功能,并对实现这些功能可能的电路进行分割、分层,制作功能框图。这些功能模块又可以分为软件实现的功能和硬件实现的功能。由软件承担的部分交由软件开发,而硬件承担的部分就是HDL设计。
    在逻辑设计中,将各功能框图变换为逻辑门级,作成门级电路图。用寄存器传送级(register transfer level,RTL)描述之后,由逻辑合成工具进行处理。
    在电路设计中,将门电路变换为晶体管电路,作成晶体管级电路图。最后,由晶体管电路作成掩模图形,在版图设计中使用自动配置布线工具。此外,在逻辑模块设计、电路设计和版图设计各个阶段都要运用相应软件工具进行各种仿真。在这些工作中,器件设计和工艺设计的数据也是仿真的结果。
    流片(tapeout)是集成电路设计过程中的最后阶段。  M28F101-200K6 

 


 


 

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