芯片设计的步骤（前端设计篇）

芯片，又称微电路（microcircuit）、微芯片（microchip）、集成电路（英语：integrated circuit， IC）。是指内含集成电路的硅片，体积很小，常常是计算机或其他电子设备的一部分。
 
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，比如在大家平常讨论话题中，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。
 
芯片设计流程

芯片设计分为前端设计和后端设计，前端设计（也称逻辑设计）和后端设计（也称物理设计）并没有统一严格的界限，涉及到与工艺有关的设计就是后端设计。
 
前端设计的步骤

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，Verilog HDL，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。
 
5． 逻辑综合――Design Compiler

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（standard cell）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）。
 
6． STA

Static Timing Analysis（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（setup time）和保持时间（hold time）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。
 
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。