芯片技术科普：什么是芯片-什么是芯片研发

('芯片技术科普：什么是芯片，什么是芯片研发什么是芯片集成电路，英文为IntegratedCircuit，缩写为IC；顾名思义，就是把一定数量的常用电子元件，如电阻、电容、晶体管等，以及这些元件之间的连线，通过半导体工艺集成在一起的具有特定功能的电路。芯片一般是指集成电路的载体，也是集成电路经过设计、制造、封装、测试后的结果，通常是一个可以立即使用的独立的整体。“芯片”和“集成电路”这两个词经常混着使用，比如在平常讨论话题中，集成电路设计和芯片设计说的是一个意思，芯片行业、集成电路行业、IC行业往往也是一个意思。实际上，这两个词有联系，也有区别。集成电路实体往往要以芯片的形式存在，因为狭义的集成电路，是强调电路本身，比如简单到只有五个元件连接在一起形成的相移振荡器，当它还在图纸上呈现的时候，我们也可以叫它集成电路，当我们要拿这个小集成电路来应用的时候，那它必须以独立的一块实物，或者嵌入到更大的集成电路中，依托芯片来发挥他的作用；集成电路更着重电路的设计和布局布线，芯片更强调电路的集成、生产和封装。而广义的集成电路，当涉及到行业（区别于其他行业）时，也可以包含芯片相关的各种含义。芯片也有它独特的地方，广义上，只要是使用微细加工手段制造出来的半导体片子，都可以叫做芯片，里面并不一定有电路。比如半导体光源芯片；比如机械芯片，如MEMS陀螺仪；或者生物芯片如DNA芯片。在通讯与信息技术中当把范围局限到硅集成电路时，芯片和集成电路的交集就是在“硅晶片上的电路”上。芯片组，则是一系列相互关联的芯片组合，它们相互依赖，组合在一起能发挥更大的作用，比如计算机里面的处理器和南北桥芯片组，手机里面的射频、基带和电源管理芯片组。什么是芯片研发芯片研发分为芯片设计和芯片生产两个步骤。一、芯片设计前端设计（也称逻辑设计）1.规格制定芯片规格，也就像功能列表一样，是客户向芯片设计公司（称为Fabless，无晶圆设计公司）提出的设计要求，包括芯片需要达到的具体功能和性能方面的要求。2.详细设计Fabless根据客户提出的规格要求，拿出设计解决方案和具体实现架构，划分模块功能。3.HDL编码使用硬件描述语言（VHDL，VerilogHDL，业界公司一般都是使用后者）将模块功能以代码来描述实现，也就是将实际的硬件电路功能通过HDL语言描述出来，形成RTL（寄存器传输级）代码。4.仿真验证仿真验证就是检验编码设计的正确性，检验的标准就是第一步制定的规格。看设计是否精确地满足了规格中的所有要求。规格是设计正确与否的黄金标准，一切违反，不符合规格要求的，就需要重新修改设计和编码。设计和仿真验证是反复迭代的过程，直到验证结果显示完全符合规格标准。仿真验证工具Synopsys的VCS，还有Cadence的NC-Verilog。5.逻辑综合――DesignCompiler仿真验证通过，进行逻辑综合。逻辑综合的结果就是把设计实现的HDL代码翻译成门级网表netlist。综合需要设定约束条件，就是你希望综合出来的电路在面积，时序等目标参数上达到的标准。逻辑综合需要基于特定的综合库，不同的库中，门电路基本标准单元（standardcell）的面积，时序参数是不一样的。所以，选用的综合库不一样，综合出来的电路在时序，面积上是有差异的。一般来说，综合完成后需要再次做仿真验证（这个也称为后仿真，之前的称为前仿真）。逻辑综合工具Synopsys的DesignCompiler。综合就是将RTL级verilog代码用DesignCompiler工具转换/映射成用基础门级单元表示的电路的过程。DesignCompiler软件就是做翻译的工作——将代码翻译成实际电路，但又不仅仅是翻译这么简单，它涉及到电路的优化与时序约束，使之符合我们做制定的性能要求。综合的一般流程：（1）预综合过程；（2）施加设计约束过程；（3）设计综合过程；（4）后综合过程。6.STAStaticTimingAnalysis（STA），静态时序分析，这也属于验证范畴，它主要是在时序上对电路进行验证，检查电路是否存在建立时间（setuptime）和保持时间（holdtime）的违例（violation）。这个是数字电路基础知识，一个寄存器出现这两个时序违例时，是没有办法正确采样数据和输出数据的，所以以寄存器为基础的数字芯片功能肯定会出现问题。STA工具有Synopsys的PrimeTime。7.形式验证这也是验证范畴，它是从功能上（STA是时序上）对综合后的网表进行验证。常用的就是等价性检查方法，以功能验证后的HDL设计为参考，对比综合后的网表功能，他们是否在功能上存在等价性。这样做是为了保证在逻辑综合过程中没有改变原先HDL描述的电路功能。形式验证工具有Synopsys的Formality。前端设计的结果就是得到了芯片的门级网表电路后端设计（也称物理设计）1.DFTDesignForTest，可测性设计。芯片内部往往都自带测试电路，DFT的目的就是在设计的时候就考虑将来的测试。DFT的常见方法就是，在设计中插入扫描链，将非扫描单元（如寄存器）变为扫描单元。关于DFT，有些书上有详细介绍，对照图片就好理解一点。DFT工具Synopsys的DFTCompiler2.布局规划(FloorPlan)布局规划就是放置芯片的宏单元模块，在总体上确定各种功能电路的摆放位置，如IP模块，RAM，I/O引脚等等。布局规划能直接影响芯片最终的面积。工具为Synopsys的Astro3.CTSClockTreeSynthesis，时钟树综合，简单点说就是时钟的布线。由于时钟信号在数字芯片的全局指挥作用，它的分布应该是对称式的连到各个寄存器单元，从而使时钟从同一个时钟源到达各个寄存器时，时钟延迟差异最小。这也是为什么时钟信号需要单独布线的原因。CTS工具，Synopsys的PhysicalCompiler4.布线(Place&Route)这里的布线就是普通信号布线了，包括各种标准单元（基本逻辑门电路）之间的走线。比如我们平常听到的0.13um工艺，或者说90nm工艺，实际上就是这里金属布线可以达到的最小宽度，从微观上看就是MOS管的沟道长度。工具Synopsys的Astro5.寄生参数提取由于导线本身存在的电阻，相邻导线之间的互感,耦合电容在芯片内部会产生信号噪声，串扰和反射。这些效应会产生信号完整性问题，导致信号电压波动和变化，如果严重就会导致信号失真错误。提取寄生参数进行再次的分析验证，分析信号完整性问题是非常重要的。工具Synopsys的Star-RCXT6.版图物理验证对完成布线的物理版图进行功能和时序上的验证，验证项目很多，如LVS（LayoutVsSchematic）验证，简单说，就是版图与逻辑综合后的门级电路图的对比验证；DRC（DesignRuleChecking）：设计规则检查，检查连线间距，连线宽度等是否满足工艺要求，ERC（ElectricalRuleChecking）：电气规则检查，检查短路和开路等电气规则违例；等等。工具为Synopsys的Hercules实际的后端流程还包括电路功耗分析，以及随着制造工艺不断进步产生的DFM（可制造性设计）问题。物理版图验证完成也就是整个芯片设计阶段完成，接着就是芯片制造了。物理版图以GDSII的文件格式交给芯片代工厂（称为Foundry）在晶圆硅片上做出实际的电路，再进行封装和测试，就得到了芯片。芯片生产芯片生产首先必须具相当高标准的专业技术和高精尖设备，仅仅是必须用到的光刻机，就必须依赖高价进口。目前，能够制造并出售新进光刻机的企业中，来自荷兰的ASML就垄断了大部分市场。一台光刻机就要一亿美元，而且每年也就生产几台而已，想要买到并不容易。由于对资金和技术都有相当高的门槛，导致包括华为在内的行业巨头，想要制造芯片也并不容易。真正自主生产芯片的，也只不过只有英特尔、三星、台积电等屈指可数的几家。因此，不仅是华为，即便是高通、苹果的芯片也无法做到完全自主生产。华为麒麟芯片使用的结构是ARM的结构，对于芯片来说，想要大批量的生产那么就需要将其设计出来，所以说想要离开ARM的架构也是非常的难，对于制造来说，一个芯片就需要相当高的制造水准，芯片本身就非常的精密，所以说就是需要光刻机来制造。电脑处理器：Intel和AMDIntel是美国一家以研制CPU为主的公司，是全球最大的个人计算机零件和CPU制造商。IntelCPU总共有7个系列，具体如下：1、酷睿（Core）系列，主要应用于管理3D、高zhi级视频和dao照片编辑，玩复杂游戏，享受高分辨率4K显示。2、奔腾（PenTIum）系列，主要应用于借助功能丰富的处理器，加快便携式2合1电脑、笔记本电脑、台式机和一体机的速度。3、赛扬（Celeron）系列，要应用于借助可靠的性能和高价值，支持基本的消费者应用程序、高清视频和音频以及网页浏览。4、至强（Xeon）系列，主要应用于提供云计算，通过数据分析获得实时见解，提高数据中心生产力并轻松进行扩展。5、安腾（Itanium）系列，主要应用于为任务关键型应用程序和工作负载带来突破性性能、可靠性、可扩展性和可用性。6、凌动（Atom）系列，要应用于适用于移动设备和高能效服务器。在小型封装中获得强大的性能和超长电池续航时间。7、Quark系列，主要应用于适用于物联网(IoT)设备。在小巧外形中获得低功耗、集成的安全性和可扩展架构。美国AMD半导体公司专门为计算机、通信和消费电子行业设计和制造各种创新的微处理器（CPU、GPU、主板芯片组、电视卡芯片等)，以及提供闪存和低功率处理器解决方案，公司成立于1969年。AMD致力为技术用户——从企业、政府机构到个人消费者——提供基于标准的、以客户为中心的解决方案。版权归作者所有，任何形式转载请联系作者。作者：Susin（来自豆瓣）来源：https://www.douban.com/note/767941180/手机处理器：高通(Qualcomm)和联发科(MediaTek.Inc)高通创立于1985年，总部设于美国加利福尼亚州圣迭戈市。高通始终以研发先行，不断突破移动科技的边界，通过“发明-分享-协作”的商业模式，为移动通信产业开创了全新可能，为生态伙伴的创新奠定基础。高通的客户及合作伙伴既包括全世界知名的手机、平板电脑、路由器和系统制造厂商，也涵盖全球领先的无线运营商，高通致力于帮助无线产业链上各方的成员获得成功。中国台湾联发科技股份有限公司是全球著名IC设计厂商，专注于无线通讯及数字多媒体等技术领域。其提供的芯片整合系统解决方案，包含无线通讯、高清数字电视、光储存、DVD及蓝光等相关产品。芯片代工厂（Foundry）：英特尔（Intel）、三星（SAMSUNG）、台积电（TSMC）三星集团是韩国最大的跨国企业集团，三星集团包括众多的国际下属企业，旗下子公司有：三星电子、三星物产、三星人寿保险等，业务涉及电子、金融、机械化学等众多领域。台湾积体电路制造股份有限公司，中文简称：台积电，英文简称：tsmc，属于半导体制造公司。成立于1987年，是全球第一家专业积体电路制造服务（晶圆代工foundry）企业，总部与主要工厂位于中国台湾省新竹市科学园区。光刻机厂商：ASML（荷兰）Nikon尼康（日本）Canon佳能（日本）上海微电子装备（中国）SUSS（德国）ABM,Inc.（美国）芯片制程工艺：制程工艺是指IC内电路与电路之间的距离。制程工艺的趋势是向密集度愈高的方向发展。密度愈高的IC电路设计，意味着在同样大小面积的IC中，可以拥有密度更高、功能更复杂的电路设计。微电子技术的发展与进步，主要是靠工艺技术的不断改进，使得器件的特征尺寸不断缩小，从而集成度不断提高，功耗降低，器件性能得到提高。芯片制造工艺在1995年以后，从500nm、350nm、250nm、180nm、150nm、130nm、90nm、65nm、45nm、32nm、28nm、22nm、14nm、10nm、7nm，一直发展到未来的5nm。以当前处理器的制程工艺乘以0.714即可得出下一代CPU的制程工艺，如100.714=7.14，即7.14nm。现在的手机芯片中，10nm是最先进的制程。而目前10nm的生产工艺，是垄断在英特尔、三星和台积电手里的。华为麒麟970芯片，工艺制程是10nm。因为即使大陆第一的中芯国际，目前没有能力生产麒麟970芯片，所以必须交给台积电。TSMC(台积电，中国台湾)、Intel(英特尔，美国)、Samsung(三星，韩国)、GlobalFoundries(格芯，美国)、UMC(联电，中国台湾)、SMIC(中芯国际，中国大陆)',)