EDA工具在集成電路中的應(yīng)用有哪些?
EDA (Electronic Design Automation)技術(shù)是指電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù),是一種利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟件來(lái)設(shè)計(jì)、分析和驗(yàn)證電子系統(tǒng)的技術(shù)。EDA技術(shù)的功能和應(yīng)用非常廣泛。電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)是指利用計(jì)算機(jī)軟件完成大規(guī)模集成電路的設(shè)計(jì)、仿真、驗(yàn)證等流程的設(shè) 計(jì)方式。芯片的制造流程可分為主產(chǎn)業(yè)鏈和支撐產(chǎn)業(yè)鏈:主產(chǎn)業(yè)鏈包括芯片設(shè)計(jì)、制造和封測(cè);支撐產(chǎn)業(yè)鏈包括 IP、EDA、裝備和材料等。EDA 軟件集成了數(shù)學(xué)、圖形學(xué)、微電子學(xué)、材料學(xué)及人工智能等多領(lǐng)域技術(shù),是集成電路產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略基礎(chǔ)支柱之一。
目前的數(shù)字集成電路的設(shè)計(jì)都比較模塊化(參見(jiàn)集成電路設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)收斂(Design closure)和設(shè)計(jì)流(Design flow (EDA)))。半導(dǎo)體器件制造工藝需要標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)描述,高抽象級(jí)的描述將被編譯為信息單元(cell)的形式。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)時(shí)尚無(wú)需考慮信息單元的具體硬件工藝。利用特定的集成電路制造工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件電路,信息單元就會(huì)實(shí)施預(yù)定義的邏輯或其他電子功能。
半導(dǎo)體硬件廠商大多會(huì)為它們制造的器件提供“器件庫(kù)”,并提供相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化仿真模型。相比數(shù)字的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具,模擬系統(tǒng)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具大多并非模塊化的,這是因?yàn)槟M電路的功能更加復(fù)雜,而且不同部分的相互影響較強(qiáng),而且作用規(guī)律復(fù)雜,電子器件大多沒(méi)有那么理想。Verilog AMS就是一種用于模擬電子設(shè)計(jì)的硬件描述語(yǔ)言。此外,設(shè)計(jì)人員可以使用硬件驗(yàn)證語(yǔ)言來(lái)完成項(xiàng)目的驗(yàn)證工作目前最新的發(fā)展趨勢(shì)是將集描述語(yǔ)言、驗(yàn)證語(yǔ)言集成為一體,典型的例子有SystemVerilog。
隨著集成電路規(guī)模的擴(kuò)大、半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,EDA的重要性急劇增加。這些工具的使用者包括半導(dǎo)體器件制造中心的硬件技術(shù)人員,他們的工作是操作半導(dǎo)體器件制造設(shè)備并管理整個(gè)工作車(chē)間。一些以設(shè)計(jì)為主要業(yè)務(wù)的公司,也會(huì)使用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件來(lái)評(píng)估制造部門(mén)是否能夠適應(yīng)新的設(shè)計(jì)任務(wù)。電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具還被用來(lái)將設(shè)計(jì)的功能導(dǎo)入到類(lèi)似現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列的半定制可編程邏輯器件,或者生產(chǎn)全定制的專(zhuān)用集成電路。
EDA工具在集成電路中的應(yīng)用非常廣泛,主要包括以下幾個(gè)方面:
設(shè)計(jì)階段:在集成電路的設(shè)計(jì)階段,EDA工具被廣泛應(yīng)用于電路設(shè)計(jì)、電路仿真、版圖設(shè)計(jì)和驗(yàn)證等方面。例如,數(shù)字設(shè)計(jì)類(lèi)的EDA工具包括RTL編輯、功能仿真、邏輯綜合、形式驗(yàn)證等,模擬設(shè)計(jì)類(lèi)的EDA工具包括版圖設(shè)計(jì)與編輯、電路仿真、版圖驗(yàn)證等。
制造階段:在集成電路的制造階段,EDA工具被用于指導(dǎo)工藝流程、制造掩膜版和校準(zhǔn)掩膜版等方面。例如,晶圓制造類(lèi)的EDA工具包括器件建模、工藝和器件仿真(TCAD)、PDK開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證、計(jì)算光刻、掩膜版校準(zhǔn)、掩膜版合成和良率分析等。
封測(cè)階段:在集成電路的封測(cè)階段,EDA工具被應(yīng)用于芯片的封裝和測(cè)試等方面。例如,封裝類(lèi)的EDA工具包括封裝設(shè)計(jì)、布局和布線、信號(hào)完整性分析等,服務(wù)類(lèi)的EDA工具包括測(cè)試數(shù)據(jù)生成、測(cè)試結(jié)果分析等。EDA工具是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中不可或缺的一部分,貫穿于整個(gè)集成電路的設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)等環(huán)節(jié)。通過(guò)使用EDA工具,可以大大提高集成電路的設(shè)計(jì)效率、減小制造過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)、優(yōu)化制造工藝和提高芯片的性能。
在集成電路的設(shè)計(jì)階段,EDA工具有以下應(yīng)用:
邏輯綜合和DFT:利用邏輯綜合工具將RTL(寄存器傳輸級(jí))代碼映射為與工藝庫(kù)相關(guān)的網(wǎng)表,并執(zhí)行DFT(設(shè)計(jì)驗(yàn)證測(cè)試平臺(tái))以進(jìn)行芯片的邏輯功能驗(yàn)證。在這個(gè)過(guò)程中,工具包括DesignCompiler、RTL Compiler等。
物理驗(yàn)證:使用物理驗(yàn)證工具對(duì)芯片設(shè)計(jì)進(jìn)行物理規(guī)則檢查,以確保制造過(guò)程中的可行性和可靠性。這包括布局布線、電性能驗(yàn)證、信號(hào)完整性分析等。
模擬和混合信號(hào)設(shè)計(jì):借助模擬設(shè)計(jì)類(lèi)工具進(jìn)行模擬電路設(shè)計(jì)和仿真,以及混合信號(hào)設(shè)計(jì)。這類(lèi)工具包括電路仿真、版圖驗(yàn)證等。
數(shù)字設(shè)計(jì)流程:數(shù)字設(shè)計(jì)類(lèi)的EDA工具包括RTL編輯、功能仿真、邏輯綜合、形式驗(yàn)證等,貫穿了集成電路設(shè)計(jì)的核心流程。
在這個(gè)階段,還會(huì)利用到一些輔助工具進(jìn)行代碼檢查和優(yōu)化,例如CDC和Lint等。如需獲取更多EDA在集成電路設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用信息,建議請(qǐng)教專(zhuān)業(yè)人士。