数字芯片设计入门?

一、数字芯片设计入门?

从知识结构上,可以这样分:Fabrication, PD(Physical Design),ASIC RTL Design,Verification,Testing

一个成熟的IC设计公司通常需要大量的如下岗位员工:

PD(Physical Design):负责后端的各类设计验证(timing,area,power)

DV(Design Verification):负责验证design的function等

DFT(Design For Test):testing

Design Engineer

从公司类型来分:

EDA公司(如Synopysy、Cadence、Mentor、Apache等)、

SoC芯片公司(如华为的海思,AMD、Intel、NVIDIA、三星)、

IP公司(如Synopsys,寒武纪等)

Foundry(如TSMC、GlobalFoundries等)

所需要的岗位又有很大差别。这个坑有空再填吧。

第一类是Physical Design。简言之就是去实际设计物理电路,直接面对silicon wafer这张画布去布线走线,怎么走metal1 metal2 直至metal6甚至,如何在不同层间打via。摆放你的Transistor, 你的gate,乃至你的SRAM,ALU。所以你要对从Transistor Level到Gate Level乃至更高层的知识很熟悉,物理上的特性要了解。从最基础的Transistor的各种First Order Effect,Second Order Effect。到更高level的比如SRAM,DRAM怎么个构造怎么个功能。现代的数电技术必须要注重三个optimizing:area,delay,power consumption。一些工程上的经验,比如logical effort估算,就是怎么让pathdelay最短。对各种leakage current的掌握才能做低能耗设计。

第二类是 ASIC RTL design了。简单的说就是写Verilog或VHDL code,也有用SystemC的,用code来描述功能。RTL改到功能对了后要用Tool来Synthesis,比如Synopsys的Design Compiler。Synthesis即综合,它也分很多level。一般最开始是Logic Synthesis,就是它会生成一个与你的code设计的电路等效的电路,但是是优化了的,所有的冗余它会自动帮你修掉,你重复的路径会帮你删掉。之后还有CTS(Clock Tree Synthesis),P&R(Place and routing)等等。

第三类是Verification,Verification是在你的design最后流片前要做的验证。这个非常重要,有些startup就是因为Verification没搞好直接就破产了。要会这一类知识你要先有很好的软件基础,OOP比如C++,还有SystemVerilog,SystemC最好要会。然后去学Verification的知识和平台比如现在主流的UVM。通常一个design做出来后(就是上面的第二类全部完成后)会送去流片,但一个asic的流片往往要好几周,甚至数月。对于公司的产品竞争来说,及时的推向市场是很关键的。于是我们就会先拿FPGA来做prototyping,把电路先烧到FPGA里面,当然有的时候还需要一些peripherals的配合,这些都是要学的。

第四类叫TestingTesting是板子出来后做的测试,里面又有validation等等。现在多用的DFT技术,怎么生成test pattern,怎么ATPG都要去学。

第五类可以称之为Architecture什么是Architecture,比如:Processor怎么设计?怎么从single cycle CPU变为 multcycle,最终进化为pipeline,每一个stage怎么运转的。Memory体系怎么设计?Cache coherence,以及各种protocol,怎么在不同level的cache之间保证数据的正确。现在处理器常用的Out of Order Execution,各种Tomasulo algorithm实现。Branch Prediction: 简言之就是处理器遇到IF了怎么判断?各种Branch Predictor, 从简单的基于history到TWO-LEVEL PREDICTORS,到COMBINING PREDICTORSMultiprocessor技术。乃至ISA(指令集)怎么设计,MIPS、CISC、RISC,X86、Arm、RISC-V。

草草地写在这里,结构比较乱请见谅。

又想起来一条不知能不能算作数电设计,因为关系很密切就写在这里吧。这一类叫做fabrication。台湾的TSMC,IBM的foundry。TSMC的22nm(还是另外的?记不清了)的技术很顶尖。这些就是上面第二类说的,板子设计好了送去制作。从最开始怎么做wafer,怎用silicon,用GaAs等melt做引子生长出来纯度高的圆柱的单晶硅。以及怎么把你设计的layout图里面的内容一层层的蚀刻上去。等等。这里面其实又可以分很多类,涉及到很多NanoTechnology。

=================14年的答案====================

入门: MOS VLSI Circuit Design,教材:CMOS Digital Integrated Circuits, S. –M. Kang and Y. Leblebici, Mc Graw Hill, 3 rd edition, 2003.

貌似国内某网站可搜到中文翻译版,《CMOS数字集成电路:分析与设计(第3版)2》

这一步只需要最基础的模电数电知识以及基本的电路理论,然后1.学会分析和设计基本的digital IC,知道怎么分析计算最基本的area, delay and power minimization。2.学习从device level到 register level的搭建3.学习MOS devices, logic cells, and critical interconnect and cell characteristics that determine the performance of VLSI circuits.当然学digital IC非常重要的一点就是要用EDA做设计和仿真,比如用synopsis的软件,比如Cadence Virtuoso,从schematic设计到layout设计,再最后仿真分析。

第二层:VLSI System Design这一步主要学的是1.前面各种知识点前加advanced2.各种optimization,包括area,power,delay三大方面,学习各种optimization的切入角度,实现方法。做到chip level design。3.除此之外还要学习data path and memory design之类的东西,4.到这一层你要开始学一门script language了,主流是perl。

CMOS VLSI Design A Circuits and Systems Perspective 4th Edition

搜了下貌似也有中文对应的翻译书《CMOS超大规模集成电路设计(第3版)》

二、高数字芯片

高数字芯片是当前科技领域的热门话题之一。随着现代科技的发展,数字芯片在各个领域中扮演着重要的角色。无论是电子设备、通信技术还是人工智能应用,高数字芯片都表现出了极高的性能和应用潜力。

数字芯片的定义和分类

数字芯片是一种具有复杂电路结构的电子组件,用于数字信号的处理和控制以及信息的存储与传输。根据功能和应用的不同,数字芯片可以分为处理芯片、存储芯片和通信芯片等。其中,高数字芯片是指具备较高性能和更大规模的数字芯片。

高数字芯片的应用领域

高数字芯片广泛应用于各个领域,以下是一些典型的应用场景:

  • 电子设备:高数字芯片在移动设备、个人电脑、游戏机等电子设备中起着至关重要的作用。它们为设备提供强大的处理能力,使得设备更加智能化、高效化。
  • 通信技术:高数字芯片在通信基础设施、网络交换设备等领域发挥重要作用。它们能够在较短的时间内处理大量的数字信号,提高通信速度和稳定性。
  • 人工智能:高数字芯片是人工智能技术的核心组成部分。它们能够快速处理复杂的算法和数据,为机器学习、深度学习等人工智能应用提供强大的计算能力。
  • 汽车电子:在智能驾驶、车载娱乐系统等领域,高数字芯片发挥着重要的作用。它们能够实时处理车辆传感器和控制系统的数据,确保车辆的安全和性能。
  • 物联网:高数字芯片在物联网设备中起到了关键的角色。它们能够实现设备之间的互联和数据交换,推动物联网技术的发展。

高数字芯片的优势

相比传统的数字芯片,高数字芯片具有以下显著优势:

  1. 高性能:高数字芯片采用先进的制造工艺和设计技术,具备更高的运算能力和处理速度,可以更好地满足复杂应用的需求。
  2. 低功耗:高数字芯片在提供卓越性能的同时,也能够显著降低功耗。这对于移动设备和无线传感器等应用非常重要。
  3. 较大规模:高数字芯片能够集成更多的逻辑门、存储单元等组件,从而实现更多功能的集成和更高密度的数据存储。
  4. 可编程性:高数字芯片具备较高的可编程性,可以根据不同应用的需求进行灵活配置和优化,提供更好的适应性和扩展性。
  5. 可靠性:高数字芯片经过严格的制造和测试流程,具备较高的可靠性和稳定性,能够长期稳定运行。

高数字芯片发展趋势

未来,高数字芯片仍然具有广阔的发展前景。以下是一些高数字芯片发展的趋势:

  • 集成度提升:随着技术的发展,高数字芯片将实现更高的集成度,集成更多的功能和复杂的电路,从而满足更多应用需求。
  • 功耗进一步降低:高数字芯片将采用更先进的制造工艺和设计方法,进一步降低功耗,提升能源效率。
  • 人工智能应用增多:高数字芯片将支持更多的人工智能应用,为机器学习、图像识别、自然语言处理等提供更强大的计算能力。
  • 安全性增强:高数字芯片将加强硬件级的安全性能,防范各种安全攻击和数据泄露风险。
  • 生态系统完善:高数字芯片的发展将推动整个芯片生态系统的完善,包括设计工具、开发板、软件支持等。

结语

高数字芯片在现代科技中发挥着重要的作用,它们推动了数字化时代的发展。随着技术不断进步,高数字芯片将迎来更加广阔的应用前景。我们期待着高数字芯片在电子设备、通信技术、人工智能等领域的不断创新和突破。

三、数字芯片龙头

数字芯片龙头公司的发展历程

在当今快速发展的科技领域,数字芯片龙头公司扮演着至关重要的角色。这些公司不仅推动了技术的进步,也推动了整个行业的发展。本文将探讨数字芯片龙头公司的发展历程,以及它们在技术创新和产业发展中的影响。

数字芯片的定义与应用

数字芯片是一种利用数字电路设计和制造的集成电路,用于处理数字信号。它们在各种设备和系统中起着至关重要的作用,如计算机、手机、汽车等。数字芯片的应用范围非常广泛,在现代社会的方方面面都能看到它们的影子。

数字芯片龙头公司的特点

数字芯片龙头公司通常具有以下特点:

  • 技术领先:这些公司拥有顶尖的研发团队和先进的技术设备,保持在技术上的领先地位。
  • 市场份额大:数字芯片领域市场竞争激烈,龙头公司往往拥有较大的市场份额,具有一定的市场垄断优势。
  • 稳定发展:这些公司在经济周期中表现稳定,具有良好的盈利能力和财务状况。

数字芯片龙头公司的代表

当前,全球范围内有许多知名的数字芯片龙头公司,其中一些公司在市场上具有较大的影响力:

  • 英特尔:作为全球最大的半导体公司之一,英特尔在数字芯片领域拥有丰富的经验和技术积累。
  • 高通:高通是移动通信领域的领导者,其数字芯片在智能手机和移动设备中得到广泛应用。
  • 三星电子:作为韩国知名的跨国公司,三星电子在数字芯片领域也有着显著的成就。

数字芯片行业的发展趋势

随着科技的不断发展,数字芯片行业也在不断变革和创新。未来数字芯片领域的发展趋势包括:

  • 人工智能:数字芯片在人工智能领域的应用将成为未来的重要发展方向。
  • 物联网:随着物联网的普及,数字芯片将在连接各种设备和传感器方面扮演关键角色。
  • 节能环保:数字芯片制造技术的进步将有助于提高能源利用效率,推动节能环保产业的发展。

结语

通过对数字芯片龙头公司的发展历程和行业发展趋势的分析,我们可以看到数字芯片在现代科技领域中的重要性。随着技术的进步和创新,数字芯片领域将迎来更广阔的发展空间,带动整个行业的繁荣和进步。

四、数字芯片延迟

数字芯片延迟一直是电子工程领域中的一个重要问题,特别是在高性能计算和通信系统方面。数字芯片延迟指的是在数字信号处理过程中所消耗的时间,它直接影响着系统的性能和稳定性。了解数字芯片延迟的影响因素以及如何优化是每个电子工程师都需要掌握的重要知识。

数字芯片延迟的影响因素

数字芯片延迟受多种因素影响,其中最主要的包括:

  • 电路设计复杂度
  • 时钟频率
  • 路由布线
  • 信号传输距离
  • 温度和电压波动

优化数字芯片延迟的方法

为了降低数字芯片延迟,可以采取以下策略:

  • 优化电路设计,简化逻辑结构,减少信号传输路径
  • 提高时钟频率,但需注意时序约束
  • 合理布线,避免信号干扰和传输延迟
  • 控制信号传输距离,在高速系统中尤为重要
  • 稳定电压和温度,避免波动对延迟的影响

数字芯片延迟的测试与验证

在设计数字芯片时,必须对延迟进行充分测试和验证,以确保系统的正常运行。常用的测试方法包括:

  • 时序分析:通过时序分析工具对数字芯片进行时序约束检查,确保满足设计要求
  • 延迟测试:使用专门的延迟测试仪器对芯片的延迟进行精确测量
  • 仿真验证:通过仿真软件对数字芯片进行虚拟验证,模拟不同工作条件下的延迟情况

未来发展趋势

随着电子技术的不断进步,数字芯片延迟的优化也将成为一个持续的挑战。未来的发展趋势可能包括:

  • 新型材料应用:例如石墨烯等材料的应用可能会改变数字芯片的传输速度和延迟特性
  • 人工智能技术:利用人工智能算法优化数字芯片设计,降低延迟
  • 量子计算技术:量子计算的发展可能会引领数字芯片延迟优化的新方向

结语

数字芯片延迟是一个复杂而关键的问题,对于电子工程师来说,了解延迟的影响因素、优化方法以及测试验证技术是至关重要的。只有不断学习和探索,才能在数字芯片设计领域取得更大的突破和进步。

五、数字芯片介绍?

数字芯片是一种将电子元器件和连线集成于一个半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统,是基于数字逻辑(布尔代数)而设计运行的,常常被用于处理数字信号等问题。

数字芯片通常包含了微处理器、存储器、中央处理器、数字信号处理器、模拟信号处理器等等部分,这些部分通过芯片上的连线互相连接,构成了一个完整的数字系统。数字芯片的发展极大地推动了计算机技术的发展,使得计算机的运算速度和存储容量得到了极大的提升。

六、数字芯片分类?

数字芯片是用来产生、放大和处理各种数字信号,数字芯片一般进行逻辑运算,CPU、内存芯片和DSP芯片都属于数字芯片。数字芯片设计难点在于芯片规模大,工艺要求复杂,因此通常需要多团队共同协同开发。按照使用功能来分类,主要有CPU、GPU、FPGA、DSP、ASIC等。

七、数字芯片的组成?

数字集成电路,也就是我们常说的数字芯片,是一种将元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统。数字集成电路是基于数字逻辑(布尔代数)设计和运行的,用于处理数字信号。

数字芯片如何分类

1、根据数字集成电路中包含的门电路或元器件数量,可将数字芯片分为小规模集成(SSI)电路、中规模集成MSI电路、大规模集成(LSI)电路、超大规模集成VLSI电路和特大规模集成(ULSI)电路。

八、mcu是数字芯片吗?

MCU中文简称单片机。即将CPU、存储器(RAM和ROM)、多种I/O接口等集成在一片芯片上,形成的芯片级计算机。它不是数字芯片。

九、数字芯片耳机是什么?

数字耳机是使用数字接口直接链接的耳机产品。类似于现在最常见的随身耳塞和耳机的设计,只是不再使用3.5mm接口,而是使用手机的数据线接口作为耳机的接口,比如安卓设备的Micro USB接口或者IOS设备目前使用的Lightning接口。

十、数字芯片发展史?

说起芯片的发展历史,基本上可以追溯到上世纪的五十年代,其实就是当时的仙童半导体,我们姑且称其为第一代芯片,后来的英特尔创始人就出自仙童公司,所以以英特尔为代表的这种通用型芯片,算是芯片产业的初期产品,但是这种产品的缺点是价格贵、研发周期长,而且针对某些垂直领域,其性能并不强悍,所以ASIC就诞生了,也就是定制芯片。

ASIC芯片可以根据客户的要求进行定制,所以这种芯片只能给定制的客户使用,不具有通用性,但是性能上更优秀,成本上也更低,这符合一些垂直领域客户的诉求,所以ASIC也迅速的占领了一部分市场,而在ASIC的基础上,又出现了FPGA,如果说ASIC被称之为第二代芯片技术,那么FPGA就可以称之为第三代了,但是FPGA的发展并没有ASIC那么快。

FPGA芯片其实也是一种定制芯片,但是其定制的特点是客户可以自行进行编程,而不是由芯片设计公司像ASIC芯片那样固化了,所以FPGA的研发周期更短,定制更加的灵活,成本也更低,但是早期,FPGA芯片的性能并不强,不过经过不断发展,目前FPGA已经解决了性能瓶颈的问题,我们看到芯片发展的速度越来越快,或许第四代芯片会即将面世。

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