Ви можете запитати, що таке цикл проектування НВІС. Цей процес допомагає вам крок за кроком створити робочий чіп. У дуже масштабній інтеграції використовується напівпровідникова технологія. Це дозволяє розмістити мільйони транзисторів на одному чіпі. Кожен етап циклу важливий. Якщо ви пропустите крок, ви можете отримати помилки або чіп, який не працюватиме. Галузь НВІС розвивалася дуже швидко. Глобальний ринок коштував близько 634.85 млрд доларів у 2025 роціДо 2034 року він може досягти 1 055,39 млрд доларів США. Зазвичай ви дотримуєтеся таких основних етапів циклу:
Збір вимог
Проектування на системному рівні
Дизайн RTL
Функціональна перевірка
Синтез
Місце і маршрут
Фізична перевірка
Напівпровідникові технології впливають на електроніку, яку ви використовуєте щодня.
Специфікація
Фаза специфікації – це перший крок у циклі проектування НВІС. Тут ви вирішуєте, що має робити чіп. Ви також вирішуєте, наскільки добре він має працювати. Цей крок допомагає вам робити правильний вибір пізніше. Якщо ви правильно виконаєте цей крок, ваш чіп, ймовірно, працюватиме. Ви також можете уникнути великих помилок і заощадити час.
Вимога
Ви повинні бути чіткі вимоги Перш ніж розпочати проектування мікросхеми VLSI. Ці вимоги вказують, що повинна робити мікросхема. Вони також вказують, наскільки швидкою, потужною та великою має бути мікросхема. Ви перераховуєте всі функції, необхідні мікросхемі. Написання цих деталей допомагає всім зрозуміти цілі. Це гарантує, що проект відповідає бажанням людей.
Порада: Пишіть вимоги простими словами. Використовуйте короткі речення. Намагайтеся не використовувати складні слова.
Багато команд використовують різні способи організації своїх вимог. Ось таблиця з деякими поширеними методами:
Методологія | Опис |
|---|---|
SystemVerilog | Має багато інструментів для перевірки працездатності чіпа. Використовує об'єктно-орієнтоване програмування та випадкове тестування. |
Універсальна методологія верифікації (УМВ) | Використовує SystemVerilog. Це допомагає командам створювати тести, які можна використовувати повторно. |
VHDL | Часто використовується для написання та перевірки конструкцій мікросхем. Допомагає моделювати та тестувати обладнання. |
е (Спектмен) | Має потужні інструменти для перевірки чіпів. Використовує випадкове тестування з правилами. |
C/C++ та Python | Використовується для виготовлення тестових систем та випробувальних стендів. |
Системні цілі
Ви встановили системні цілі щоб допомогти в управлінні проектуванням. Ці цілі включають те, наскільки швидким має бути чіп. Вони також включають те, скільки він має коштувати та скільки енергії він може споживати. Ви вирішуєте, як чіп працюватиме з іншими пристроями. Ви також плануєте зміни в майбутньому. Встановлення цілей допомагає команді не збитися з курсу.
Фаза специфікації дуже важлива в проектуванні мікросхем НВІС. Це закладає основу для всього процесу. Гарна специфікація гарантує, що чіп виконуватиме свою роботу. Це ключ до успіху проекту.
архітектура
Проектування системи
Ви починаєте фаза архітектури плануючи, як працюватиме ваш чіп. Ви вирішуєте, що робитиме кожна частина чіпа. Ви також обираєте, як ці частини взаємодіятимуть одна з одною. Цей крок допомагає вам розбити велику проблему на менші, простіші завдання. Ви дивитеся, що повинен робити чіп, і обираєте найкращий спосіб організації його частин.
Ви можете вибрати з кількох архітектурні стиліКожен стиль має свої сильні сторони. Деякі стилі дозволяють виготовити чіп з нуля. Інші використовують готові деталі, щоб заощадити час. Ось таблиця, яка показує деякі поширені стилі і що робить їх особливими:
Архітектурний стиль | Опис |
|---|---|
Повністю індивідуальний дизайн | Ви збираєте весь чіп з нуля. Це забезпечує найкращу швидкість та енергоспоживання, але вимагає багато часу та навичок. |
Напівзамовний дизайн | Ви використовуєте деякі готові деталі та деякі деталі, виготовлені на замовлення. Це економить час і все одно дає хороші результати. |
Програмовані логічні пристрої (PLD) | Ви можете змінити принцип роботи чіпа після його створення. Це чудово підходить для швидкого тестування ідей. |
Проектування системи на кристалі (SoC) | Ви розміщуєте багато деталей на одному чіпі. Це робить чіп маленьким і швидким. Ви бачите це в телефонах і смарт-пристроях. |
Готовий дизайн | Ви використовуєте деталі, які вже перевірені та готові до використання. Це швидко та добре працює для багатьох продуктів. |
Порада: Виберіть архітектуру, яка відповідає потребам вашого проекту. Подумайте про швидкість, потужність та кількість часу, який у вас є.
Вибір архітектури впливає на те, скільки енергії споживає ваш чіп і наскільки швидко він працює. Ви можете використовувати спеціальні хитрощі для економії енергії та підвищення швидкості. Ось кілька способів зробити це:
Техніка | Опис |
|---|---|
Використовуйте компоненти з низьким енергоспоживанням | Вибирайте деталі, які споживають менше енергії. Це допоможе, якщо ваш чіп працює від батарейок. |
Силовий гейтінг | Вимикайте частини мікросхеми, коли вони вам не потрібні. |
Динамічне масштабування напруги та частоти (DVFS) | Змінюйте швидкість та енергоспоживання чіпа залежно від того, що він робить. |
Велоспорт | Вмикайте ланцюги лише тоді, коли вони вам потрібні. |
Мінімізація перемикання сигналів | Зменште частоту зміни сигналів для економії енергії. |
Оптимізація ємнісного навантаження | Зменште навантаження на виходи, щоб споживати менше енергії. |
Багатопорогові КМОП-транзистори (MTCMOS) | Використовуйте різні типи вимикачів для економії енергії в ключових зонах. |
Синтез з урахуванням потужності | Налаштуйте свої інструменти на економію енергії під час складання чіпа. |
Синхронізація годинника на RTL | Зупиніть годинник у невикористовуваних частинах, щоб зменшити витрати енергії. |
Зміщення тіла | Змініть напругу, щоб зменшити витоки та заощадити енергію. |
Ієрархічні домени влади | Розділіть чіп на зони для кращого контролю живлення. |
Використання технології FinFET | Використовуйте спеціальні транзистори, які менше витікають і добре працюють при низькій потужності. |
Блок-схема
Ви малюєте блок-схему, щоб показати, як працює ваш чіп. На цій діаграмі використовуються прості фігури для відображення кожної частини чіпа. Ви з'єднуєте ці фігури лініями, щоб показати, як переміщуються дані. Гарна блок-схема допомагає всім зрозуміти принцип роботи чіпа.
Під час створення блок-схеми слід:
Покажіть усі основні частини мікросхеми.
Проведіть чіткі межі для потоку даних.
Позначте кожен блок його завданням.
Зробіть діаграму простою та легкою для читання.
Чітка блок-схема допомагає вам виявити проблеми на ранній стадії. Вона також допомагає вашій команді обговорити чіп і внести зміни, перш ніж ви почнете збирати.
Дизайн справа наліво
Етап проектування rtl – це те, де ви перетворюєте свої ідеї на код, який описує, як працює ваш чіп. Ви використовуєте мову програмування, таку як Verilog або VHDL, для написання цього коду. Ви зосереджуєтеся на тому, як переміщуються дані та як поводиться кожна частина чіпа. Цей етап важливий, оскільки він встановлює правила роботи вашого чіпа.
Кодування справа наліво
Ви починаєте проектування з написання коду, який показує, що робить кожен блок. Ви поки що не турбуєтеся про фізичне розташування. Ви описуєте логіку та те, як проходять сигнали. Ви використовуєте прості оператори, щоб показати, як чіп повинен реагувати на вхідні дані. Ви переконуєтеся, що кожна частина працює разом, як заплановано.
Порада: Пишіть зрозумілий та простий код. Використовуйте коментарі для пояснення складних деталей. Це допоможе вам та вашій команді зрозуміти дизайн пізніше.
Під час проектування RTL ви стикаєтеся з кількома труднощами. Ось таблиця, яка показує найпоширеніші з них:
виклик | Опис |
|---|---|
Складність дизайну | Ви повинні керувати великими проектами. Більше деталей означає більше шансів на помилки та довший час роботи. |
Забезпечення правильності проектування | Вам потрібно перевірити, чи ваш код відповідає тому, що ви хочете, щоб чіп робив. |
Управління енергоспоживанням | Ви шукаєте способи заощадити енергію, зберігаючи при цьому справність чіпа. |
Ви повинні звертати увагу на ці проблеми. Якщо ви цього не зробите, у вас можуть виникнути помилки або чіп, який споживатиме забагато енергії.
Функціональна перевірка
Після завершення кодування RTL ви переходите до перевірки проекту. Ви тестуєте свій код, щоб переконатися, що він працює належним чином. Ви використовуєте тестові стенди та інструменти моделювання. Ви перевіряєте кожну частину проекту RTL, щоб знайти помилки, перш ніж збирати чіп.
Ви проводите багато тестів, щоб перевірити, чи чіп реагує правильно. Ви шукаєте помилки та виправляєте їх на ранній стадії. Перевірка проекту допомагає уникнути дорогих помилок пізніше. Ви повторюєте цей процес, доки не будете впевнені, що ваш проект RTL відповідає вашим цілям.
Примітка: Хороша перевірка дизайну заощаджує час і гроші. Ви виявляєте проблеми до того, як вони переростуть у серйозніші.
Вам потрібно пам'ятати, що проектування з використанням RTL є ключовим кроком у створенні надійного чіпа. Ретельне кодування та надійна перевірка проекту допоможуть вам створити чіп, який добре працює та відповідає вашим потребам.
Огляд потоку проектування НВІС
Коли ви почнете вивчати цикл проектування НВІС, ви побачите, що процес проектування НВІС надає вам чіткий шлях від ідеї до робочого чіпа. Цей процес допомагає уникнути помилок і гарантує, що ваш дизайн чіпа працюватиме за планом.
Етапи процесу проектування НВІС
Ви будете виконувати набір кроків у процесі проектування НВІС. Кожен крок базується на попередньому. Ось звичайний порядок, який ви побачите в процесі:
Концептуалізація та специфікація
Архітектурне проектування
Логічний дизайн
Синтез RTL
Список мереж та планування поверху
Розміщення та маршрутизація
Фізична перевірка
Аналіз часу
Екстракція та моделювання
Закриття стрічкою
Ключові заходи
Ви помітите, що кожен етап процесу має особливе завдання. Процес проектування НВІС починається з чіткого плану та закінчується реальним чіпом. Ви перевіряєте свою роботу на кожному кроці. Це допомагає вам виявляти проблеми на ранній стадії. Ви можете виправити їх, перш ніж вони зростуть. Процес включає такі кроки, як специфікація, введення проекту, синтез, перевірка, макетування та виготовлення. Кожен з них допомагає вам переконатися в правильності конструкції вашого чіпа. Цей ретельний цикл забезпечує низький рівень помилок та високу якість.
Ви побачите, що цей потік є вашим орієнтиром для кожного проекту НВІС. Дотримуючись цього потоку, ви робите свій чіп міцним та надійним. Цей потік є основою кожного успішного чіпа НВІС.
Логічний синтез
RTL до воріт
Логічний синтез – це ключовий крок у перетворенні ваших ідей на реальне обладнання. На цьому етапі ви берете свій RTL-код і перетворюєте його на логічні вентилі. Для цього використовуються спеціальні інструменти. Ці інструменти зчитують ваш RTL-код і створюють мережу вентилів, яку можна побудувати на чіпі.
Ви побачите три основні кроки логічного синтезу:
Переклад: Інструмент змінює ваш код з письмом справа наліво на форму, яка використовує булеві рівняння. Цей крок не залежить від технології чіпа.
Оптимізація: Цей інструмент спрощує булеві рівняння. Для цього він використовує такі методи, як сума добутків.
Технологічне зіставлення: Інструмент зіставляє оптимізовані рівняння з реальними вентилями з бібліотеки. Він вибирає вентилі, які відповідають вашим потребам у проектуванні.
Порада: Завжди перевіряйте свій код RTL на наявність помилок, перш ніж розпочати синтез. Чистий код допоможе вам отримати кращі результати.
Оптимізація
Оптимізація допомагає вам отримати найкращий чіп для ваших потреб. Ви хочете, щоб ваш чіп був маленьким, швидким і споживав мало енергії. Інструменти логічного синтезу допомагають вам досягти цих цілей, роблячи розумний вибір під час процесу.
Ось таблиця, яка показує, як оптимізація впливає на ваш чіп:
Аспект | Вплив на мікросхеми VLSI |
|---|---|
Оптимізація площі | Зменшує фізичну площу, дозволяючи розміщувати більше мікросхем на пластині, що призводить до вищого продуктивності та нижчих витрат. |
Оптимізація швидкості | Швидші мережі часто призводять до більшого споживання площі, що вимагає компромісів між швидкістю та площею. |
Енергоспоживання | Більші затвори збільшують ємність, що призводить до більшого споживання енергії під час перемикання. |
Вам потрібно збалансувати площу, швидкість та споживання енергії. Якщо ви зробите свій чіп швидшим, він може стати більшим і споживати більше енергії. Якщо ви зробите його меншим, він може працювати повільніше. Гарний логічний синтез допоможе вам знайти найкращий баланс.
Оптимізація площі дозволяє розмістити більше мікросхем на пластині. Це знижує витрати та дозволяє додавати більше функцій.
Оптимізація швидкості робить ваш чіп швидшим, але він може використовувати більше місця та енергії.
Ефективне використання простору важливе для додавання нових функцій без шкоди для продуктивності.
Ви використовуєте логічний синтез у кожному проекті НВІС. Він формує ваш дизайн і допомагає вам створювати мікросхеми, які добре працюють у реальному світі.
Фізичний дизайн
Команда етап фізичного проектування саме тут ви перетворюєте логіку вашого чіпа на реальну компонування. Ви вирішуєте, куди буде розміщуватися кожна частина чіпа та як дроти будуть їх з'єднувати. Цей крок важливий у фізичному проектуванні НБІС, оскільки він визначає, наскільки добре працюватиме ваш чіп і чи можна його виготовити без проблем.
Планування поверху
Ви починаєте етап фізичного проектування з планування поверху. Тут ви розділяєте чіп на блоки та надаєте кожному блоку власний простір. Ви продумуєте, якого розміру має бути кожен блок і де його розмістити. Гарне планування поверху допомагає уникнути скупчення людей і забезпечує швидку передачу сигналів. Ви також плануєте простір для ліній живлення та тактових ліній. Цей крок визначає структуру для решти процесу фізичного проектування НБІС.
Багато інструментів допоможуть вам із плануванням поверху та іншими завданнями на цьому етапі. Деякі з найпопулярніших інструментів включають:
Компілятор Synopsys IC II: Швидке розміщення та маршрутизація, енергозалежне проектування.
Mentor Graphics Calibre: Перевіряє правила та зіставляє макет зі схемою.
ANSYS RedHawk: Перевіряє живлення та надійність.
Інструменти Таннера: добре підходять для аналогового та змішаного сигнального компонування.
Avanti Hercules: Перевіряє цілісність сигналу та живлення.
OpenROAD: Інструмент з відкритим кодом для фізичного дизайну.
KLATencor L-Edit: Використовується для налаштування компонування мікросхем.
Порада: Виберіть інструмент, який відповідає потребам вашого проєкту та навичкам вашої команди.
Розміщення та маршрутизація
Після планування поверху ви переходите до розміщення та трасування. Ви розміщуєте кожну комірку або блок на своєму місці. Ви хочете, щоб пов'язані блоки були близько один до одного. Це допомагає сигналам швидше передавати сигнали та економить енергію. Ви також повинні переконатися, що чіп не перегрівається.
Далі ви прокладаєте дроти. Ви малюєте шляхи для передачі сигналів між блоками. Ви балансуєте швидкість та уникаєте переповнених шляхів. Ви також перевіряєте, чи відповідає ваша макетна схема правилам створення мікросхем. Ці кроки допомагають вашій мікросхемі добре працювати та полегшують її виробництво.
На етапі фізичного проектування ви виконуєте такі основні кроки:
Розділіть та розплануйте чіп.
Розмістіть клітинки та блоки.
Побудуйте годинникове дерево.
Прокладіть дроти.
Перевірте правила та технологічність.
Оптимізуйте потужність.
Коли ви завершите етап фізичного проектування, у вас буде готовий макет для виробництва. Цей крок... ключ для кожного проекту VLSI.
Дизайн для тестування
Коли ви працюєте над мікросхемою VLSI, ви хочете переконатися, що можете легко її протестувати. Дизайн для тестованості допомагає виявляти проблеми на ранній стадії та виправляють їх, перш ніж чіп потрапить до клієнтів. Ви додаєте спеціальні функції до свого чіпа, щоб перевірити, чи все працює за планом. Ці функції пришвидшують тестування та допомагають заощадити гроші під час виробництва.
Тестові особливості
Ви використовуєте кілька методів для покращення тестованості вашого чіпа. Ці методи допомагають виявляти помилки та переконатися, що ваш чіп працює належним чином.
Дизайн сканування дозволяє контролювати та перевіряти тригери всередині вашого чіпа під час тестів.
Сканування меж допомагає перевірити з'єднання між мікросхемами на платі без використання зондів.
Вбудоване самотестування (BIST) додає тестове обладнання всередину чіпа, щоб він міг самостійно протестувати себе.
Memory BIST (MBIST) перевіряє блоки пам'яті всередині вашого чіпа.
ATPG (Автоматичне створення тестових шаблонів) створює шаблони, які допомагають знаходити дефекти після виробництва.
Ці функції збільшують охоплення тестуванням і скорочують час, необхідний для тестування. Ви можете швидко знаходити несправності та уникати відправки клієнтам бракованих мікросхем.
Порада: Додайте тестові функції якомога раніше у вашому процесі проектування. Це спрощує тестування та знижує витрати.
Ви побачите багато переваг, використовуючи ці методи. У таблиці нижче показано, як дизайн для тестування допомагає вашому чіпу:
Користь | Опис |
|---|---|
Виявлення несправностей | |
Покращення виробничої прибутковості | Ви виправляєте проблеми під час виробництва та отримуєте більше якісних чіпсів. |
Надійність | Ви гарантуєте, що ваш чіп працюватиме добре протягом тривалого часу. |
Ви можете швидше та точніше тестувати складні мікросхеми. Ви постачаєте високоякісні мікросхеми, які працюють належним чином.
Ланцюги сканування
Ланцюги сканування відіграють важливу роль у тестуванні мікросхем НБІС. Ви з'єднуєте тригери в ланцюг, щоб мати змогу встановлювати та зчитувати їхні значення під час тестів. Така схема дозволяє перевірити внутрішню частину мікросхеми, не розбираючи її.
Ви використовуєте ланцюжки сканування для пошуку несправностей у логічних блоках. Ви керуєте кожним тригером і спостерігаєте, як сигнали рухаються через ваш чіп. Цей метод допомагає вам виявити проблеми, які звичайні тести можуть пропустити.
Додаючи ланцюжки сканування, ви робите свій чіп легшим для тестування та підвищує його надійність. Ви також зменшуєте ризик дорогих збоїв після того, як ваш чіп потрапить у продукцію.
Примітка: Якщо ви добре сплануєте свої ланцюжки сканування, ви можете заощадити час і покращити якість вашого чіпа.
Рання інтеграція дизайну для тестування допомагає скоротити час тестування і уникати дорогих помилок. Ви створюєте чіпи, які служать довше та працюють краще.
Аналіз часу
Аналіз синхронізації допомагає переконатися, що ваш чіп працює з правильною швидкістю. Ви використовуєте цей крок, щоб перевірити, чи сигнали проходять через ваш чіп достатньо швидко. Якщо ви пропустите аналіз синхронізації, ваш чіп може працювати не так, як планувалося. У НБІС аналіз синхронізації є однією з найважливіших перевірок перед завершенням проектування.
Статичний час
Ти використовуєш статичний аналіз часу (STA) щоб перевірити синхронізацію вашого чіпа без запуску тестових шаблонів. STA переглядає кожен шлях у вашому ланцюзі та перевіряє, чи сигнали надходять вчасно. Цей метод допомагає вам виявити проблеми на ранній стадії. Вам не потрібно використовувати вхідні вектори, тому ви можете швидко перевірити всі можливі шляхи.
Ось деякі поширені методи аналізу синхронізації ви можете використовувати:
Статичний аналіз синхронізації (STA)
Динамічний аналіз синхронізації (DTA)
Статистичний статичний аналіз синхронізації (SSTA)
Аналіз часу підписання
Багатокутовий та багатомодовий (MCMM) аналіз
Аналіз варіацій на кристалі (OCV)
STA відіграє важливу роль у запобіганні порушенням синхронізації. Вам потрібно, щоб сигнали надходили до тригерів та регістрів у потрібний момент. Якщо сигнали надходять занадто пізно або занадто рано, ваш чіп може вийти з ладу. Понад 80% невдач у проектуванні у кремнії трапляються через порушення синхронізації. STA допомагає вам уникнути цих дороговартісних помилок.
Примітка: Статичний аналіз синхронізації перевіряє максимальну швидкість вашого чіпа та гарантує, що всі сигнали надходять вчасно. Цей крок життєво важливий для працездатності чіпа.
Час закриття
Замикання синхронізації – це процес, під час якого ви виправляєте всі проблеми з синхронізацією у вашому чіпі. Ви хочете, щоб кожен сигнал відповідав своєму цільовому значенню синхронізації. Вам може знадобитися змінити конструкцію, перемістити блоки або налаштувати довжину проводів. Замикання синхронізації може вимагати багато зусиль, але воно є ключовим для працездатного чіпа.
Щоб досягти закриття термінів, виконайте такі кроки:
Аналізуйте звіти про час від STA.
Знайдіть шляхи, які не відповідають часу.
Змініть свій дизайн, щоб виправити ці шляхи.
Запустіть STA ще раз, щоб перевірити, чи ви виправили проблеми.
Повторюйте, доки не досягнете закриття часу.
Ви можете використовувати спеціальні інструменти для допомоги із замиканням синхронізації. Ці інструменти показують, які шляхи потребують доопрацювання. Ви можете змінити свій дизайн і швидко побачити результати. Замикання синхронізації гарантує, що ваш чіп працюватиме з потрібною вам швидкістю.
Порада: Почніть працювати над визначенням часу закриття якомога раніше. Виправлення проблеми з часом зрештою може бути дуже важко.
Перш ніж ви зможете завершити розробку НВІС, вам потрібне замикання синхронізації. Цей крок дає вам впевненість у тому, що ваш чіп працюватиме в реальних умовах.
Фізична перевірка
Фізичні перевірки якщо макет вашого чіпа готовий до виготовлення. Ви хочете бути впевнені, що ваш чіп працюватиме та відповідатиме всім правилам ливарного виробництва. Цей крок допоможе вам знайти помилки перед виготовленням чіпа. Ви використовуєте різні перевірки, щоб переконатися, що ваш макет безпечний та правильний.
Ось таблиця, в якій перераховано основні кроки фізичної перевірки і що вони роблять:
Крок перевірки | Мета |
|---|---|
Перевірка правил проектування (DRC) | Перевіряє, чи відповідає макет правила ливарного виробництва щодо ширини та інтервал. |
Макет проти схеми (LVS) | Переконайтеся, що компонування відповідає плану електричного кола або схемі. |
Перевірка електротехнічних правил (ERC) | Виявляє електричні проблеми, такі як відсутні дроти або занадто велика ємність. |
ДРК
Ви починаєте з перевірки правил проектування, яка називається DRC. Ця перевірка розглядає компонування вашого чіпа та порівнює його з правилами ливарного виробництва. Ці правила вказують, наскільки широкими мають бути дроти та на якій відстані вони повинні залишатися одна від одної. Якщо ви порушите ці правила, ваш чіп може не працювати або його може бути важко виготовити.
DRC є частиною фізичної перевіркиЦе допомагає знаходити проблеми, такі як занадто близько розташовані дроти або занадто малі форми. Виправлення цих проблем робить ваш чіп легшим у складанні та надійнішим.
Процес | Focus | Мета |
|---|---|---|
ДРК | Фізична перевірка | Забезпечує можливість виготовлення чіпа, дотримуючись правил проектування. |
Порада: Завжди запускайте DRC перед завершенням макета. Цей крок заощаджує час і гроші.
LVS
Після DRC ви виконуєте перевірку макета проти схеми, або LVS. Ця перевірка гарантує, що ваше макетування відповідає вашому плану електричного кола. Ви хочете, щоб кожен провід і деталь у вашому макетуванні відповідали вашій схемі.
LVS – це електрична перевірка. Вона перевіряє, чи працюватиме ваш чіп так, як ви планували. Якщо LVS виявляє щось не так, вам потрібно це виправити, перш ніж рухатися далі.
Процес | Focus | Мета |
|---|---|---|
LVS | Електрична перевірка | Переконайтеся, що макет відповідає схемі для правильної роботи. |
Фізична перевірка є важливою частиною процесу НБІС. Використовуючи DRC та LVS, ви переконуєтесь, що ваш проект правильний та готовий до наступного кроку.
Виробництво
Після завершення виведення стрічки в циклі проектування НВІС, ви починаєте виготовленняЦей крок втілює ваш дизайн мікросхеми в реальність. Ваші ідеї перетворюються на кремнієві чіпи. Ці чіпи використовуються в телефонах, комп'ютерах та інших пристроях.
Обробка вафель
Обробка вафель – це перший етап створення чіпів. Ви використовуєте тонкий шматочок кремнію, який називається пластиною. Ви виконуєте багато кроків для створення шарів і схем на ній. Кожен крок додає щось важливе до вашого чіпа.
Ось основні етапи обробки пластин:
Очищення поверхні
Ви чистите пластину, щоб позбутися пилу.Початкове окислення
Ви вирощуєте тонкий шар оксиду на пластині.Осадження методом хіміотерапії (CVD)
Ви наносите нові матеріали на пластину за допомогою спеціального газу.Покриття фоторезистом
Ви покриваєте пластину матеріалом, який реагує на світло.Металізація та взаємоз'єднання
Ви додаєте метал для з'єднання частин чіпа.Хіміко-механічна полірування (CMP)
Ви поліруєте вафлю, щоб зробити її плоскою та гладкою.Остаточне тестування та пакування
Ви тестуєте чіп і готуєте його до упаковки.
Ви можете повторити деякі кроки, щоб створити складні чіпи. Кожен етап допомагає вам створити чіп, який відповідає вашому плану.
Порада: Ретельна обробка пластин запобігає появі дефектів і створює кращі чіпи.
Сходи ливарного цеху
Після обробки пластини ви відправляєте свій чіп на ливарний завод для вилучення стрічки. Кожен ливарний завод використовує свої власні методи виробництва чіпів. Вони мають різні стилі ведення бізнесу, технології та дослідницькі цілі.
Ось таблиця, яка показує, що роблять провідні виробники:
виробник | Бізнес-модель | Фокус вузла процесу | Фокус на дослідження та розробки |
|---|---|---|---|
TSMC | Ливарне виробництво Pure-Play | Менші вузли процесу | Покращення технологічних вузлів та підвищення врожайності |
Intel | Вертикальна інтеграція | Повернення лідера технічних технологій | Нова упаковка, чіпи зі штучним інтелектом, квантові обчислення |
Samsung | Ливарне виробництво та мікросхема пам'яті | Розширені вузли | Нові ідеї в пам'яті та логічних мікросхемах |
Ви обираєте ливарний завод, який відповідає вашим потребам. Деякі ливарні заводи виготовляють менші та швидші чіпи. Інші працюють над новим корпусом або спеціальними функціями. Ваш крок зняття стрічки залежить від того, що ливарний завод робить найкраще.
Виготовлення є дуже важливою частиною циклу проектування НВІС. Ви повинні дотримуватися кожного кроку, щоб отримати якісні мікросхеми після зняття стрічки.
Тестування та упаковка
Електричні випробування
Ви повинні перевірити кожен чіп, перш ніж він покине завод. Електричне тестування гарантує, що ваш чіп працює належним чином. Цей крок допоможе вам виявити проблеми, пов'язані з виробництвом чіпа. Використовуються різні способи тестування чіпів. Деякі поширені способи:
Моделювання розломів
Автоматична генерація тестових шаблонів (ATPG)
Тестування граничного сканування (JTAG)
Функціональне тестування
Параметричне тестування
DFT дозволяє додавати спеціальні функції під час проектування мікросхеми. Ці функції спрощують тестування. Вбудоване самотестування (BIST) дозволяє мікросхемі самостійно тестувати себе. Для цього вам не потрібні додаткові інструменти. ATPG створює тестові шаблони для швидкого пошуку несправностей. Ці методи допомагають вам заощадити гроші та час. Ви можете виправити проблеми до того, як клієнти отримають мікросхему. Гарне тестування означає, що користувачам даються лише справні мікросхеми. Це робить людей задоволеними.
Порада: Електричні випробування допомагають виявити дефекти на ранній стадії. Це гарантує справну роботу вашої мікросхеми НВІС.
Методи пакування
Після тестування ви повинні захистити свій чіп та підключити його. Упаковка виконує цю роботу за вас. Спосіб упаковки чіпа впливає на його роботу. Це також впливає на термін його служби. Вам потрібно враховувати тепло, живлення та сигнали.
Технологія взаємоз'єднання важлива в упаковці. Мікронерівності, наскрізні кремнієві переходні отвори (TSV) та шари перерозподілу (RDL) допомагають з'єднати чіп. Мікровиступи добре підходять для з'єднання між чіпом та підкладкою. Але вони можуть мати проблеми з нагріванням та тряскою. Електроміграція та теплова міграція можуть негативно вплинути на надійність.
TSV дозволяють сигналам і теплу рухатися вгору та вниз по чіпу. Це допомагає чіпу працювати краще. Але різні матеріали можуть тріснути або зламатися, коли чіп нагрівається або охолоджується.
Щоб покращити упаковку, необхідно вивчити тепло, електрику та силу. Використання нових матеріалів, таких як високощільні з'єднання та вдосконалені термоматеріали, допомагає контролювати тепло. Це також подовжує термін служби чіпа. Оскільки чіпи стають швидшими та меншими, хороший дизайн упаковки набуває більшого значення.
Ви можете побачити це тестування та упаковка обидва важливі. Вони допомагають вашому чіпу добре працювати та служити довго.
Перевірка кремнію
Коли ви закінчуєте створення чіпа, вам потрібно перевірити, чи він працює за планом. Цей крок називається кремнієвою валідацією. Ви хочете переконатися, що ваш чіп відповідає оригінальному дизайну та добре працює в реальних умовах.
Перевірки після виготовлення
Після виготовлення ви тестуєте перші мікросхеми, що надходять із заводу. Ці мікросхеми називаються прототипами. Ви розміщуєте їх на спеціальних платах і проводите багато тестів. Ви шукаєте проблеми, які не виявлялися під час попередніх перевірок. Іноді помилки не проходять перший раунд тестування. Тепер ви можете їх знайти, тому що мікросхема працює на реальній системній швидкості.
Ви дотримуєтеся стандартного процесу перевірки кремнію:
Передкремнієва перевірка використовує програмне забезпечення для тестування вашого чіпа перед його виготовленням. Ви запускаєте тестові випадки в симуляторі. На цьому кроці перевіряється, чи відповідає ваш RTL-код специфікації.
Пост-кремнієва валідація починається після того, як ви отримуєте справжній чіп. Ви тестуєте чіп на апаратному забезпеченні. Ви бачите, як він працює в режимі реального часу та в реальних умовах.
Примітка: Пост-кремнієва перевірка допомагає знайти проблеми, які виникають лише тоді, коли чіп працює на повній швидкості або в реальному середовищі.
Кінцевий продукт
Після завершення всіх перевірок ви дізнаєтеся, чи готовий ваш чіп до виходу на ринок. Ви перевіряєте, як чіп працює, скільки енергії він споживає та чи відповідає всім вашим цілям. Якщо ви виявите проблеми, ви можете виправити їх, перш ніж виготовляти більше чіпів.
Ось проста таблиця, яка показує різницю між докремнієвими та посткремнієвими етапами:
Крок | Коли це трапляється | На чому ви тестуєте | Швидкість тестування |
|---|---|---|---|
Передкремнієва перевірка | Перед виготовленням | Програмний симулятор | Не реальна швидкість системи |
Пост-кремнієва валідація | Після виготовлення | Справжнє обладнання | Реальна швидкість системи |
Вам потрібна валідація кремнію, щоб переконатися, що ваш мікросхема VLSI працює так, як ви планували. Цей крок дає вам впевненість у тому, що ваш проект буде успішним у реальному світі.
Ви можете зробити проектування мікросхем НБІС надійнішим, дотримуючись кожного етапу. Таким чином, ви можете уникнути помилок і забезпечити стабільність своєї роботи. Знання процесу проектування НВІС допомагає покращити швидкість, розмір та використання енергії. Нові речі, такі як Автоматизація на основі штучного інтелекту та 3D-інтеграція змінюють майбутнє НВІС. Якщо ви хочете розвиватися у своїй роботі, опануйте нові навички, отримайте сертифікати, та поспілкуйтеся з експертами. Цикл допомагає вам створювати кращі чіпи та залишатися на крок попереду в галузі технологій.
Trend | Вплив на напівпровідникові технології |
|---|---|
Автоматизація проектування на основі штучного інтелекту | Робить проектування мікросхем швидшим та простішим |
Стратегії оптимізації потужності | Допомагає невеликим пристроям працювати краще |
Методи 3D-інтеграції | Забезпечує кращий контроль швидкості та температури |
Підходи, що передбачають безпеку | Захищає чіпи від хакерів |
Розширені засоби моделювання | Перевіряє конструкції швидше та точніше |
Перевірте свої знання та виправте слабкі місця.
Відвідуйте спеціальні заняття.
Зустрічайтеся та спілкуйтеся з людьми в цій галузі.
FAQ
Що таке цикл проектування НВІС?
Ви крок за кроком дотримуєтеся циклу проектування НВІС, щоб створити мікросхему. Цей цикл допомагає вам планувати, збирати та тестувати вашу мікросхему. Кожен етап гарантує, що ваша мікросхема працює належним чином та відповідає вашим потребам.
Чому НБІС має значення в електроніці?
Ви використовуєте НБІС, щоб розмістити мільйони крихітних деталей на одному чіпі. Це робить пристрої меншими, швидшими та розумнішими. Телефони, комп'ютери та автомобілі використовують НБІС для кращої роботи.
Як розпочати дизайн-проект?
Ви починаєте із того, що записуєте, що саме має робити ваш чіп. Ви ставите чіткі цілі та перераховуєте функції. Це допомагає вам і вашій команді залишатися зосередженими та уникати помилок.
Які інструменти допомагають у проектуванні НВІС?
Ти використовуєш спеціальне програмне забезпечення для малювання, протестуйте та перевірте свій чіп. Такі інструменти, як Synopsys, Mentor Graphics та Cadence, допоможуть вам спроектувати, змоделювати та перевірити свій чіп перед його виготовленням.
Чи можна виправити помилки після виготовлення чіпа?
Ви можете знайти та виправити деякі помилки під час тестування. Якщо ви виявите серйозні проблеми, вам може знадобитися змінити свій дизайн та створити новий чіп. Ретельне планування допоможе вам уникнути дороговартісних помилок.
