一文了解數(shù)字芯片常用術(shù)語和行話

一、 核心概念與目標(biāo)

1. PPA (Power, Performance, Area)

   • 解釋: 這是數(shù)字芯片設(shè)計(jì)永恒的“鐵三角”。Power指芯片功耗，越低越好；Performance通常指芯片能跑多快（頻率），越高越好；Area指芯片的面積，越小成本越低。

   • 行家視角: 這三者是互相矛盾、需要權(quán)衡的。比如，為了提高性能，你可能需要插入更多的buffer，這會增加面積和功耗。工程師很大程度上就是根據(jù)項(xiàng)目需求，在PPA之間找到最佳的平衡點(diǎn)。這是我們一切工作的出發(fā)點(diǎn)和最終目標(biāo)。

2. Foundry / Fab (晶圓廠)

   • 解釋: 制造芯片的工廠。比如臺積電(TSMC)、三星(Samsung)、中芯國際(SMIC)。

   • 行家視角: 物理設(shè)計(jì)的所有工作，最終都是為了生成一個(gè)能讓Foundry看懂并制造出來的版圖文件。我們必須嚴(yán)格遵守他們提供的規(guī)則。

3. Process Node / Tech Node (工藝節(jié)點(diǎn))

   • 解釋: 指的是芯片制造工藝的水平，比如28nm, 16nm, 7nm, 5nm。數(shù)字越小，代表晶體管可以做得越小，單位面積能集成的晶體管就越多。

   • 行家視角: 對物理設(shè)計(jì)工程師來說，節(jié)點(diǎn)越先進(jìn)，意味著設(shè)計(jì)規(guī)則（DRC）越復(fù)雜，線間距（spacing）越小，串?dāng)_（crosstalk）和電壓降（IR drop）等問題越嚴(yán)重，設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)呈指數(shù)級增長。

4. PDK (Process Design Kit)

   • 解釋: Foundry提供給我們設(shè)計(jì)公司的一套數(shù)據(jù)包，是連接設(shè)計(jì)和制造的橋梁。

   • 行家視角: PDK就是物理設(shè)計(jì)工程師的“法律和字典”。它里面包含了標(biāo)準(zhǔn)單元庫（Standard Cell Library）、技術(shù)文件（Tech File, 如.tf, .lef）、設(shè)計(jì)規(guī)則文件（DRC/LVS Rule Deck）等等。

5. Tapeout / TO (流片)

   • 解釋: 設(shè)計(jì)完成的最后一步，指將最終的版圖數(shù)據(jù)（通常是GDSII或OASIS格式）提交給Foundry進(jìn)行生產(chǎn)。

   • 行家視角: Tapeout是一個(gè)里程碑，但也意味著巨大的成本投入。一旦Tapeout，再發(fā)現(xiàn)問題就晚了，損失可能是數(shù)百萬甚至上千萬美元。所以我們之前的每一步驗(yàn)證都必須做到極致。

1. RTL (Register Transfer Level)

   • 解釋: 硬件描述語言（如Verilog, VHDL）寫成的代碼，描述了芯片的邏輯功能，是前端設(shè)計(jì)的產(chǎn)物，也是我們物理設(shè)計(jì)的起點(diǎn)。

   • 行家視角: RTL的質(zhì)量直接決定了PPA的上限。一個(gè)“爛”的RTL，神仙也難做出好的物理實(shí)現(xiàn)。我們會經(jīng)常和前端設(shè)計(jì)師溝通，建議他們優(yōu)化RTL結(jié)構(gòu)，比如打斷長邏輯鏈、優(yōu)化狀態(tài)機(jī)等。

2. Synthesis (綜合)

   • 解釋: 使用EDA工具（如Synopsys的Fusion Compiler/DC, Cadence的Genus）將RTL代碼“翻譯”成由邏輯門（與門、或門、觸發(fā)器等標(biāo)準(zhǔn)單元）組成的門級網(wǎng)表（Gate-level Netlist）。

   • 行家視角: 綜合是連接邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步。綜合的好壞直接影響初始的時(shí)序和面積。這一步需要高質(zhì)量的約束文件（SDC）作為指導(dǎo)。

3. SDC (Synopsys Design Constraints)

   • 解釋: 一個(gè)時(shí)序約束文件，是設(shè)計(jì)的“性能合同”。它定義了時(shí)鐘頻率、輸入/輸出延遲、設(shè)計(jì)中的偽路徑（false path）等。

   • 行家視角: SDC是整個(gè)物理設(shè)計(jì)流程的指揮棒。如果SDC錯(cuò)了，那么后面所有的時(shí)序優(yōu)化、收斂工作都是在“緣木求魚”。檢查和確認(rèn)SDC的質(zhì)量，是我們開始P&R前最重要的任務(wù)之一。

4. Floorplan (布局規(guī)劃)

   • 解釋: 在芯片上“畫地盤”。決定芯片的整體形狀，放置大的模塊（Macro，如SRAM、IP核），規(guī)劃電源網(wǎng)絡(luò)（Power Grid），以及確定IO引腳的位置。

   • 行家視角: Floorplan是藝術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的結(jié)合。一個(gè)好的Floorplan決定了項(xiàng)目的成敗。它需要預(yù)判后續(xù)布局布線的擁塞（Congestion）和時(shí)序熱點(diǎn)（Timing Hotspot）。一個(gè)糟糕的Floorplan，后面再怎么努力都難以挽救。

5. CTS (Clock Tree Synthesis - 時(shí)鐘樹綜合)

   • 解釋: 生成一個(gè)“樹狀”網(wǎng)絡(luò)，將時(shí)鐘信號從時(shí)鐘源（Clock Source）精準(zhǔn)、同步地傳遞到芯片里每一個(gè)需要時(shí)鐘的觸發(fā)器（Flip-flop）。

   • 行家視角: CTS是整個(gè)設(shè)計(jì)的“心臟起搏器”。我們的目標(biāo)是控制Skew（時(shí)鐘到達(dá)不同觸發(fā)器的時(shí)間差）和Latency（時(shí)鐘從源頭到終點(diǎn)的總延遲）。先進(jìn)工藝下，我們還會設(shè)計(jì)復(fù)雜的Mesh Clock或Multi-source CTS來獲得更好的性能。

6. Routing (布線)

   • 解釋: 用金屬導(dǎo)線將芯片上所有的標(biāo)準(zhǔn)單元和宏單元根據(jù)網(wǎng)表連接起來。分為全局布線（Global Routing）和詳細(xì)布線（Detail Routing）。

   • 行家視角: 布線不僅僅是連線，更要考慮**SI (Signal Integrity)**問題，尤其是串?dāng)_（Crosstalk）。在先進(jìn)節(jié)點(diǎn)，我們會通過加屏蔽線（Shielding）、調(diào)整間距等手段來避免信號間互相干擾。

1. STA (Static Timing Analysis - 靜態(tài)時(shí)序分析)

   • 解釋: 在不運(yùn)行仿真（Simulation）的情況下，通過計(jì)算邏輯路徑的延遲，來檢查設(shè)計(jì)是否滿足SDC中定義的時(shí)序要求。是性能簽核的核心。

   • 行家視角: 我們每天都在跟STA報(bào)告打交道。主要修復(fù)兩種違例（Violation）：Setup Violation（信號太慢，下一拍來臨前數(shù)據(jù)沒準(zhǔn)備好）和Hold Violation（信號太快，當(dāng)前拍還沒結(jié)束數(shù)據(jù)就變了）。工具如PrimeTime (PT)是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2. DRC (Design Rule Check - 設(shè)計(jì)規(guī)則檢查)

   • 解釋: 檢查版圖是否滿足Foundry制定的所有物理制造規(guī)則。比如最小線寬、最小間距等。

   • 行家視角: DRC必須100%干凈（clean），一個(gè)DRC錯(cuò)誤都不能留。這直接關(guān)系到芯片能否被制造出來。我們會用Calibre或ICV這樣的工具來跑DRC檢查。

3. LVS (Layout Versus Schematic - 版圖與電路圖對比)

   • 解釋: 對比最終的物理版圖和最初的門級網(wǎng)表，確保兩者在電氣連接上是完全一致的。

   • 行家視角: LVS同樣必須100%干凈。LVS不通過，意味著我們做的物理版圖和邏輯設(shè)計(jì)的功能不符，這是致命錯(cuò)誤。

4. Signoff (簽核)

   • 解釋: 在Tapeout之前，對設(shè)計(jì)進(jìn)行一系列最終、最嚴(yán)格的檢查和確認(rèn)的過程。

   • 行家視角: Signoff不是一個(gè)動作，而是一個(gè)狀態(tài)。它意味著我們已經(jīng)完成了所有必要的分析和驗(yàn)證（STA, DRC, LVS, IR Drop, EM等），并對結(jié)果負(fù)責(zé)，確認(rèn)設(shè)計(jì)可以送去生產(chǎn)了。這背后是巨大的責(zé)任和壓力。

這些術(shù)語構(gòu)成了我們?nèi)粘９ぷ鞯幕究蚣堋Ｏ壤斫馑鼈兏髯缘暮x，然后在實(shí)際項(xiàng)目中去體會它們是如何相互關(guān)聯(lián)、相互影響的。有什么不清楚的，隨時(shí)可以再問。

為防止失聯(lián)，請關(guān)注小號芯豆豆。

歡迎加入行業(yè)交流群，備注崗位+公司，請聯(lián)系老虎說芯