集成电路设计导论.doc

集成电路设计与硅设计链概述 中关村益华软件技术学院 陈春章 艾 霞 李青青 摘要：当代计算机、电子通讯和各种多媒体技术需求的迅速发展，使得集成电路的设计规模已从几个晶体管发展到今天千万门的逻辑电路的设计，设计的复杂性也与日剧增，设计分工也渐趋明确。过去的五十年，集成电路产业经历了一次次的工艺技术革命和设计方法学的演变，逐渐形成了较为成熟的产业结构。以ASIC 与SoC 数字集成电路为例，芯片的设计往往依赖于IP 厂商，晶圆生产商，设计库提供商及 EDA厂商的相互合作配合才能实现，本文拟对这样的合作配合模式-- 集成电路硅设计链和它的发展特点作一介绍。 IC Design and Silicon Design Chain Abstract: The demand and their rapid development of computers, electronic communication, and variety consumer multimedia products have led to the IC design sizes from a few tens of transistors to one hundred million gates. The IC design itself has become more complex, the classification of design methods is becoming clearer. Due to the advancement of process technology and design methodology in the past half centuries, the infrastructure of IC industry has become mature. For successful design of an ASIC/SoC chip, it may rely on the close collaboration between the foundry, the library vendor, the IP provider and the EDA support. This short article introduces such collaboration model, namely, the silicon design chain and its evolving features. 1． IC设计概述 集成电路（IC ）的发展从小规模集成电路（晶体管级），中、大规模集成电路（LSI ）设计，到含几十万门逻辑电路的超大规模集成电路（VLSI ）设计，直至当代数百万至数千万门逻辑电路的ASIC 或SoC 设计。集成电路设计也逐渐演变成集成系统设计。IC 规模的增大，速度的提高都是建立在工艺进步的基础之上，制造工艺从微米级快速发展到亚微米级（sub-micron ，即 1 um）、深亚微米级(deep sub-micron, DSM，而今已实现了65纳米（nm ）制造工艺及产品的实现。20世纪末先进的0.25um 工艺到了21世纪将会逐渐被认为是过时的技术。由于复杂的IC 从设计到实现会滞后于工艺的发展，所以工程技术人员奋力于研究先进的设计工具、设计平台和设计方法，尤其注重于与晶圆生产商，设计库提供商，IP厂商及EDA 厂商的合作配合。 集成电路设计按照其处理信号的特征可分为数字集成电路、模拟集成电路和数模混合集CPU ASIC/SoC芯片等，数模电路则主要用于通讯和无线传输电路，模拟电路主要应用于传输接口部分以及射频电路。 本文系根据作者于2004年9月28日为北京工业大学电子信息与控制工程学院研究生演讲整理扩充而成。 集成电路的主流产品设计以计算机CPU 芯片的设计为例，它们的典型技术特性有案可寻（图一）。ASIC 通常包含称作“用户自有加工”即COT(custom owned tooling模块，典型设计有用于PC 的各种图像显示芯片，例如CGA/EGA/VGA/SVGA芯片等。ASIC 的设计也被分为“经典”ASIC （80年代至90年代中期），“现代”ASIC 及“结构式”（structured ） ASIC 。所谓“经典”ASIC 常由设计工程师负责“前端”设计，即芯片的规范定义至网表的逻辑综合结束；再由半导体ASIC 据作为IC “前端”与“后端”的分工，仅有功能设计而不涉及物理设计几乎是一种不可能实现的方案，因而“前端”与“后端”则分别扩展为系统至逻辑的设计验证和芯片的物理综合布局布线的实现。所谓“结构式”ASIC 或称为ASIC 平台是近两年根据SoC 设计的需求提出的一种方案，这种设计发挥了标准库