芯片設(shè)計之ASIC設(shè)計流程和邏輯綜合

1、ASIC設(shè)計流程

ASIC（專用集成電路）的設(shè)計如下，F(xiàn)ront-end部分是前端設(shè)計，Back-end部分是后端設(shè)計。

圖片來源：學(xué)堂在線《IC設(shè)計與方法》

Funct.Spec代表設(shè)計需求，在具體設(shè)計需求提出后，編寫RTL代碼（Verilog代碼設(shè)計電路的一種設(shè)計類別）；RTL代碼編譯完成，進(jìn)行Function.Simul，即仿真；仿真結(jié)束后，進(jìn)行邏輯綜合（Logic Synth.），將Verilog代碼轉(zhuǎn)化為電路，術(shù)語稱該電路為門級網(wǎng)單（Gate-Level Net.）。

邏輯綜合（Logic Synth.）過程需要約束（Stat. Wire Model）以產(chǎn)生規(guī)定條件下的電路。具體電路設(shè)計完成后，需進(jìn)行門級仿真（Gate-Lev.Sim），以檢查電路設(shè)計是否出現(xiàn)失誤。

門級網(wǎng)單確定后，進(jìn)入后端設(shè)計。首先是布局規(guī)劃（Floorplanning），擺放門級網(wǎng)單中的各個元器件位置。然后是布局和布線（Place&Route），將各個元器件連接。最后產(chǎn)生電路的版圖（Layout）。

在將電路的版圖加工制造前，為防止后端設(shè)計失誤，需要進(jìn)行驗證。驗證前需提取版圖的寄生參數(shù)（Parasitic Extrac.），寄生參數(shù)包括導(dǎo)線的寄生電容、寄生電感、寄生電阻，寄生參數(shù)會造成信號傳輸延時、失真、干擾。驗證中，將寄生參數(shù)反標(biāo)到門級網(wǎng)單上，再次做門級仿真（Gate-Lev.Sim）。最終的仿真結(jié)果沒有問題后，電路版圖可以用于加工制造。

2、邏輯綜合

芯片代碼仿真的下一步是邏輯綜合，邏輯綜合將Verilog代碼轉(zhuǎn)化為電路圖。邏輯綜合的目的是決定門級結(jié)構(gòu)，尋求時序、面積、功耗的平衡。尋求平衡的方式有兩種：約束驅(qū)動和路徑驅(qū)動。

約束驅(qū)動是平衡面積和速度的方式。一個廠家（如TSMC）的一種工藝條件（如0.18um工藝）下，芯片的速度快和面積小相互制約，速度更快的芯片需要更大的面積，面積更小的芯片速度更慢。不同廠家的同種工藝面積和速度的制約程度不一定相同，有經(jīng)驗的設(shè)計人員可以選擇合適的廠家尋求最優(yōu)的面積和速度。

圖片來源：學(xué)堂在線《IC設(shè)計與方法》

路徑驅(qū)動是將電路中的元器件以最優(yōu)的方式連接。

圖片來源：學(xué)堂在線《IC設(shè)計與方法》

邏輯綜合過程可運用預(yù)先設(shè)計完成的邏輯單元，提高設(shè)計效率。邏輯單元包括標(biāo)準(zhǔn)單元和宏單元。標(biāo)準(zhǔn)單元的尺寸有一定的標(biāo)準(zhǔn)，包括基本門電路、寄存器等。宏單元功能相對復(fù)雜，難以在固定高度內(nèi)安裝，包括RAM存儲器、ROM存儲器、數(shù)值運算單元等。

標(biāo)準(zhǔn)單元的名稱詳細(xì)，如ARM UMC L180GⅡ 1.8V標(biāo)準(zhǔn)單元庫表示：由ARM公司（個人理解：設(shè)計公司）提供的，針對UMC（聯(lián)華電子公司，個人理解：制造公司）廠家的，針對邏輯工藝的，180nm（0.18um）的，GⅡ工藝的，1.8V的標(biāo)準(zhǔn)單元庫。

標(biāo)準(zhǔn)單元包括元器件數(shù)量多，ARM UMC L180GⅡ 1.8V標(biāo)準(zhǔn)單元庫包含124種元器件，數(shù)量為470個。

邏輯綜合過程還需進(jìn)行靜態(tài)時序分析。靜態(tài)時序分析的前提是觸發(fā)器使用同一時鐘，即全同步電路。靜態(tài)時序分析的準(zhǔn)則為：

時鐘周期>Clockto Q+穿越組合邏輯電路的最長延時+Set up

其中Clock to Q是時鐘沿出現(xiàn)到觸發(fā)器輸出信號的延時，Set up時間是下一級觸發(fā)器輸入信號穩(wěn)定建立的延時。

圖片來源：學(xué)堂在線《IC設(shè)計與方法》

當(dāng)靜態(tài)時序分析的準(zhǔn)則成立時，時序邏輯電路可以穩(wěn)定工作。

審核編輯 ：李倩