微电子概论（第3版）课件5-4-2专用集成电路设计方法-半定制设计方法 .pptx

IntroductiontoMicroelectronicsThirdEdition《微电子概论》（第3版）郝跃贾新章史江一

5.4.2半定制实现方式5.4专用集成电路实现方式5.4.1全定制实现方式目录5.4.3可编程逻辑实现方式

2门阵列5.4.2半定制实现方式目录3门海1标准单元4积木块式版图设计方法

概述优点：可以通过模块化的设计复用，实现设计简化，快速实现目标；有多种不同程度的实现方式，可以兼顾TTM与PPA，实现较好的折衷针对集成电路指标，部分设计任务由第三方预先完成，该设计并非只是针对当前芯片的设计，而是要考虑通用性。由于由第三方完成的设计并非针对特定的芯片目标，其通常要求具有较好的复用性对于数字电路，是最普遍的实现方式，有多种形式对于模拟电路，针对常用模块，可以IP形式实现缺点：不是最优PPA方案

概述常见半定制实现方式ASIC实现方式全定制方式半定制方式标准单元门阵列门海FPGAeASICeFPGAFFSA

1.标准单元标准单元（StandardCell），简称单元，是集成电路的主要实现方式之一，集成电路发展初期，随着集成化的提高，频繁使用的门电路版图都靠人工定制化实现变得很不现实，对基本门电路预先进行版图设计，提取参数，然后进行复用完成集成电路设计的方法应运而生相对于全定制，无法进行一些细节的针对性优化方便积木块式的自动化设计，可以极大提升设计效率特点：高度固定，宽度以CPP（栅极节距）为步进长度变化。通过cell，构建了集成电路的最小复用模块，实现晶体管的物理封装工艺上，需要针对产品制作版图，并制作全套的光刻板

标准单元缓冲器标准单元版图示例2输入与门5输入与门寄存器

2.门阵列优点：多个产品可以共用同一母片，节省小批量产品的成本与研发时间由门单元以阵列的形式组成，通过不同的连接，可以形成不同的逻辑门，完成预定的功能。是早期的一种半定制实现方式，阵列单元之间有布线通道工艺上，母片的器件层光刻板会提前做好，只需要针对产品设计互连线方案，制作版图，并制作互连线光刻板；缺点：芯片面积的利用率较低，相对标准单元，PPA优化程度差

2.门阵列门阵列母片结构行列预留布线通道行预留布线通道门阵列栅格结构3输入或非门连线方式

3.门海优点：多个产品可以共用同一母片，节省小批量产品的成本与研发时间由不共栅的PMOS管和NMOS管构成晶体管对形式的基本单元，栅、漏源留有接触孔/通孔位，通过“编程”定义晶体管的连接关系，实现特定功能；片上不在预留布线通道，不使用的晶体管区域可用作布线区隔离：PMOS栅接VDD、NMOS栅接GND，相比门阵列，节约面积工艺上，母片的器件层光刻板会提前做好，只需要针对产品设计互连线方案，制作版图，并制作互连线光刻板；缺点：芯片面积的利用率较低，与门阵列相比，没有专用的布线通道，对于高速信号如时钟，实现有局限

3.门海门海母片结构晶体管隔离，无预留布线通道单元实现实例

4.积木块式版图设计方法优点：各个模块可以根据需要（PPA）分别进行优化，实现整体PPA优化，对于超大规模电路，通常采用BottomUp方式集成实现又任意多元胞法，依据目标功能，把各个功能模块定义成具有不同尺寸的矩形（直角边任意多边形）的版图方式，版图实现可以是标准单元、门阵、门海，或者全定制积木块版图实例

小结半定制实现方式比较ASIC实现方式全定制方式半定制方式标准单元门阵列门海FPGAeASICeFPGAFFSA全套版图定制，cell复用全套版图定制，cell定制部分互连线版图定制，母片复用互连线可编程，母片复用，无需版图设计