AMD赢得Meta订单，将为其提供数据中心芯片
06-08
半导体集成电路设计技术是一门内容极其丰富、覆盖范围广泛的学科。
但由于半导体芯片种类繁多，如大型数字SOC、电源管理仿真、混合信号ADC/DAC、MEMS、存储、射频仿真等，各设计技术之间也存在着天然的差距。
不同类型的芯片。
对于投资者来说，在研究半导体集成电路设计公司时，如果目前没有芯片产品来验证其技术能力，则需要通过面试等方式评估团队的设计能力，尤其是早期项目。
那么，在不同类型的半导体芯片的设计技术中，哪些是需要重点关注的呢？这对于投资者来说非常重要。
01 数字集成电路设计 CPU、GPU、TPU、DPU、AI、MCU、DSP、AP等都是专注于数字逻辑的芯片。
另外，各种SOC基本上都可以归入数字集成电路的范畴。
虽然这些数字芯片都或多或少有模拟电路部分，比如各种物理接口（DDR、PCIE）的PHY、生成时钟的PLL、外部交互的IO接口等，但大部分都是用IP融入到整个芯片中设计流程中，因此对于大多数设计公司来说主要的人力配置仍然集中在数字逻辑部分。
02 数字集成电路设计的流程 无论数字集成电路规模大小，一般流程为：规格定义->系统设计->前端设计->后端实现->制版生产。
当然，前端设计和后端实现也存在差异。
可细分为十余种工艺流程。
在当前集成电路设计的工业自动化环境下，数字集成电路尤其是大规模SOC的设计是一项相对模块化、标准化的工作。
数字集成电路从 RTL 到具体制造均受到 EDA 工具和晶圆厂封装和测试工厂的保护。
得益于EDA工具的强大以及晶圆厂封测厂对制造的覆盖，芯片设计公司只需要拥有正确功能的RTL代码，然后使用各种仿真、综合、时钟树、布局布线、规则检查、 EDA工具，加上第三方供应商提供的所需模拟IP，可以生成布局。
布局交给晶圆厂后，晶圆厂将确保制造出符合规格的芯片，然后由封测厂进行封装和测试。
，最终又回到了设计公司。
03 数字集成电路设计规范定义 纵观整个行业，数字电路的逻辑设计人才非常多。
一般来说，主要的理工学院都有数字电路课程。
看起来写软件代码需要RTL写（事实是RTL需要写好需要深入的硬件思考），掌握技术也比较容易。
也就是说，数字芯片前端设计所需的人力资源相对容易获得。
另一方面，数字芯片的后端设计涉及的专业性比较强，对于中小型公司来说维持后端团队相对不划算。
但业内很多设计服务公司都可以替设计公司完成部分甚至大部分工作。
这些任务主要是后端的，但也可以覆盖前端阶段，这取决于设计服务公司的能力。
从这一点来看，似乎即使整个设计团队只有一个人，只要能够定义所需的芯片规格并且有足够的资金购买IP，请聘请设计服务公司并将其放在投入生产（也可以直接要求设计服务公司采用Turnkey模式）。
您可以制作您想要的数字芯片。
现实也是一样的。
对于一些功能比较确定的大型数字芯片，不用投入任何人力，采用设计服务Turnkey模式就可以了，比如当年的矿机芯片。
但麻烦就出在这句话“只要能定义需要的芯片规格”。
对于数字集成电路，特别是规模大、功能全、性能强、单价高的芯片，如何准确定义芯片规格？规格，并且在芯片回归市场时能够赢得市场客户的青睐是一件非常关键和困难的事情。
数字集成电路的规格将影响后续芯片设计和实现过程的各个方面。
例如，接口功能的增减，极有可能影响IP的采购；性能和功耗水平会影响工艺的选择和系统设计；逻辑功能的数量会影响芯片的规模，从而影响芯片的成本和进度。
用“牵一发而动全身”来形容大规模数字集成电路的规格修改并不为过。
如果芯片的规格定义对研发进度、资金投入、芯片成本影响很小，而芯片发布后仍能满足市场需求并能大规模出货，那就是一件幸事。
最让我担心的是，花费大量资金、大量时间生产和退货的芯片已经不符合当时的市场需求了。
即使功能表现完全符合规划定义，也没有人关心。
综上所述，定义芯片规格是一个多方面的决策过程，需要从芯片的功能、性能、功耗、成本、芯片开发周期、投资、供应链等方面进行权衡，力图定义芯片可以大规模销售。
尤其是近年来半导体供应链的特殊情况下，对芯片设计公司定义芯片规格的能力提出了更高的要求。
即使是国产替代，如果芯片的规格定义一味追随国外龙头的规格，而不考虑企业及上下游产业的实际情况，也可能会产生负面影响。
芯片规格定义的影响对于数字集成电路尤为显着，规模越大，影响越大。
04 数字集成电路设计的系统设计 具体RTL写入之前的系统设计也是数字集成电路设计的关键环节。
目前，各种中大规模数字集成电路基本上都集成了处理器核。
无论是ARM的M系列/A系列、RISC-V，还是小众的MIPS等，它们都可以在处理器核心上运行大规模运算。
不同的软件。
那么对于芯片规范定义中约定的某个功能，无论是软件实现还是硬件实现，还是软件和硬件结合实现，再进入到软件和硬件结合，都是软件实现并由硬件实现。
系统设计中需要解决的一个关键问题。
使用芯片的硬件实现，性能高，但是会增加芯片的成本，而且一旦流片就无法更改（当然花钱花时间是可以更改的）；采用软件在芯片的处理器上实现，性能相对较低，但不会增加芯片的实际成本，并且可以快速迭代修改。
同样，芯片规范中定义的功能的软硬件划分也是一个折衷的过程，找到最合适的才是最重要的。
因为系统设计没有标准答案，想要做好是非常困难的。
即使软硬件划分方面的系统设计做得让各方都满意，但数字集成电路硬件架构方面的系统设计往往很麻烦。
例如，仅看总线的系统设计，很难决定选择哪种总线，NoC还是AXI，总线分为多少级，每级有多少个端口，可以采用哪些模块放置在同一端口等。
系统设计虽然只是写文档、画框图，但它会直接影响数字集成电路硬件的性能、规模、模块布局等方面（这里假设规范定义中约定的功能都得到了充分实现），这会造成后续芯片实现中的选型、时序收敛、布局布线等工艺的IP延迟，甚至可能影响最终的封装设计。
总体而言，系统设计也是对数字集成电路成败影响很大的关键因素。
05 数字集成电路设计的IP选型 在大规模数字集成电路的设计中，或多或少都会采购第三方IP，以加快芯片开发进程。
一般来说，一些外设接口，如DDR、PCIE、USB；核心处理单元，如CPU核心、GPU核心、音视频编解码器；独立的模拟电路，如ADC/DAC、PLL、efuse/OTP；总线，如AXI/APB、NoC等，有很多供应商提供IP供芯片设计公司使用。
极端情况下，如果一个数字集成电路的所有硬件电路都由外购的IP组成是没有问题的。
上面列出的IP中，核心处理单元IP和总线都是纯数字电路IP。
供应商提供原始RTL代码、加密RTL代码、网表甚至布局等商业模式（总线提供布局的情况很少见）。
上面列出的外围接口和模拟电路都是模拟电路IP（接口中的控制器是数字电路，PHY是模拟电路）。
模拟电路IP基本上以布局的形式提供。
从第三方购买IP，然后用在自己设计的芯片上，相当于把芯片的命运部分交给了第三方。
关于IP的功能和性能，你只能选择信任供应商。
一旦选择了IP的供应商，设计公司在这方面就没有退路了。
如果是纯数字IP，以原始RTL代码的形式交付，可以在芯片设计公司研发过程中进行验证甚至修改（需要相应的能力），也是纯数字IP的特点之一在于它的流片过程不受束缚，其物理实现被集成到全芯片的数字部分中。
相反，模拟IP直接与流片工艺绑定，这使得芯片设计公司选择IP变得更加困难。
简单来说，对于芯片设计公司来说，数字IP比模拟IP的可控性要高得多。
因此，模拟IP尤其是高端模拟IP的选择非常关键。
DDR等核心接口IP可以影响芯片的生死。
由于模拟IP与流片工艺绑定，从实际的IP供应来看，相同功能和性能的IP在不同工艺上是不同的IP产品，具体取决于供应商的数量和IP的价格。
，交付周期和硅验证次数都不同。
在极端情况下，模拟IP的选择会反过来影响工艺的选择，这种情况必然会影响芯片开发的进度。
总体来说，研发数字集成电路的IP采购虽然是花钱买技术和进步的常规行为，具有普遍性，但对于芯片设计公司来说，每个IP（尤其是模拟IP）的供应商选择也是一种妥协考虑芯片成本、进度和性能。
06 数字集成电路设计的功能验证 我个人认为数字集成电路研发中另一个需要关注的领域就是数字逻辑的功能验证（RTL功能验证，本文中的验证特指这个过程）。
众所周知，芯片的数字逻辑设计使用RTL来描述寄存器、逻辑门等时序逻辑/组合逻辑的行为。
编写的RTL代码能否真实体现设计意图一直是设计公司头疼的问题。
从理论上讲，采用穷举法，可以在验证时枚举出逻辑电路的所有工作场景，自然就能知道逻辑电路是否存在功能缺陷。
然而，在实践层面，不可能穷尽这个解决方案。
首先是模拟时间的问题。
在现实世界中，如果芯片运行一秒钟，在RTL阶段进行仿真（不考虑较慢的后期仿真），其内部电路的翻转过程可能需要几天到几年的时间。
仿真时间（取决于数字芯片的尺寸）。
虽然近年来各大EDA工具厂商都提供了多种硬件仿真加速器，可以大大加快RTL验证过程，但与实际的芯片运行相比，可能需要数小时/数天的时间来模拟芯片的真实运行，这可能需要花费数小时/数天的时间来模拟芯片的真实运行。
永远。
另外，真实的芯片运行环境无法完全预测，也不可能穷尽逻辑电路的所有工作场景。
数字集成电路的工作过程就是芯片内部各种门电路和寄存器的0/1电平翻转。
当芯片尺寸越来越大时，电路状态的排列组合数量以几何级数的速度增加。
如果穿越需要永远。
因此，真正的验证用例是由非常熟悉所验证的数字逻辑功能的专业人员来规划和设置的。
无论设计公司如何努力，当一款数字集成电路推向市场时，总有可能会出现一些逻辑缺陷，导致芯片出现问题，而验证工作就是要尽力减少这个概率。
总而言之，数字集成电路的逻辑功能验证是直接影响芯片功能完整性的一个环节，设计公司会在开发进度和缺陷风险之间做出妥协。
总结 数字集成电路的设计和制造中的大部分流程都可以由EDA工具和晶圆厂封装测试工厂来保证，只要有足够的资金和时间。
本文阐述的要点是我个人认为在数字集成电路设计领域需要注意的地方。
并不是说其他??设计过程不重要，而是说大多数其他设计过程都是“所见即所得”，也就是说该过程是否达到目标是清晰可见的，并且没有特别明确的标准。
对前后的其他设计过程影响很大。
这篇文章或许对与创始团队进行技术交流时有一定帮助，我们将继续讨论模拟集成电路和其他集成电路设计领域的关注点。
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