一颗芯片是如何诞生的

1/24/2021 9:54:17 AM

第一步:IC设计

在设计阶段,工程师用硬件描述语言(HDL)完成设计文件,随后由计算机自动完成电路逻辑的编译、化简、优化、布局、布线和仿真,直至对特定目标芯片的适配编译和逻辑映射等工作。芯片的用途、规格、特性、制成工艺,全部是在这个阶段完成的规范和设计。

相关数据显示,到2018年,中国IC设计企业已接近1700家。

第二步:IC制造

IC制造处于芯片工序的中游,这是个典型的重资产投入行业,涉及的关键制造设备有200多种,包括光刻机、蚀刻机、离子注入机、抛光机、清洗机等,每种设备都非常精密且成本昂贵。

芯片制造,从主要原材料石英砂(主成分是二氧化硅)开始。

石英砂经过高度熔炼、提纯,达到9个9的硅纯度,化学形态从多晶硅转化为三维空间规则有序排列、晶体结构非常稳定的单晶硅;

之后,通过拉伸工艺将单晶硅制成单晶硅锭,切割、研磨、镜面抛光之后制成厚度均匀、表面光滑、极度清洁的硅晶圆片;

硅晶圆片再经过光刻、蚀刻、离子注入、气相沉积等一系列工艺的“精雕细刻”,最终完成晶体管之间连接电路的构建并通过晶圆级测试。

这里不得不提的就是光刻机,光刻机作为制约芯片发展的关键要素,是核心技术中的核心。光刻通过光来制作图形,在硅片表面均匀涂胶,将掩膜版上的集成电路微型图形转印到光刻胶上。光刻直接决定了芯片的精度和质量,也是目前IC制造中难度最高的一环。

第三步:IC封测

封装和测试是芯片产业的下游,封装环节主要完成芯片的安放、固定、密封、保护,测试环节对芯片进行全面的测试,最终制成商用芯片产品。

我们都知道,芯片制造从设计起步,是整个芯片制造流程中最难的步骤。芯片设计环节繁多、精细且复杂,其中,EDA工具发挥了极为重要作用。

EDA(Electronic Design Automation,电子设计自动化),是在电子CAD基础上发展起来的软件系统。随着芯片制成工艺和性能的提升,芯片设计的复杂度越来越高,肉眼很小的一块芯片,在显微镜则是由晶体管和电路组成的异常复杂的“立体高速公路”。

利用EDA工具,工程师将芯片的电路设计、性能分析、设计出IC版图的整个过程交由计算机自动处理完成,这极大提升了IC设计的效率和可操作性。EDA软件已成为IC设计的标配,被一些业内人士称为“芯片之母”。

而使用EDA软件工具进行IC设计,主要包含前端设计和后端设计两大阶段:

前端设计,侧重逻辑设计,根据芯片规格书完成芯片的逻辑和集成,使用仿真验证工具完成SOC的设计验证;

后端设计,侧重物理设计,根据前端设计产生的门级网表,通过EDA工具进行布局布线和物理验证。

当下,全球主要有Synopsys、Cadence、Mentor Graphics三大EDA软件厂商,可以为IC设计企业提供从前端到后端的整体设计流程服务,包含逻辑仿真、自动布局布线、物理设计、参数提取等各个设计环节的软件开发工具。

常言道,工欲善其事,必先利其器。IC设计的重要性不言而喻,EDA平台构建更是重中之重。构建符合IC设计企业级需求的EDA平台,除了选择合适的EDA软件工具,高性能可扩展的EDA IT基础设施平台亦是重要一环。

EDA平台存储需求:

芯片制程工艺的每次提升,都会使IC设计环节产生的数据量大幅增加。据统计,2019年平均每设计一款芯片生成的数据量都要超过500TB,而大量的IC设计数据资料必须备份和长期保存。

在EDA前端设计阶段有大量的小文件生成,对随机IOPS要求很高,并要求目录深度;后端设计阶段,会生成很多大文件,对顺序IO性能和存储带宽有比较高的需求。

因此EDA数据存储系统,需要满足数以百计的Job同时访问,提供对应的高带宽性能与低访问延迟。

恒光半导体科技有限公司成立于2018年12月,是由一群芯片设计专业人才组成,包括IC设计,马达电机工程,应用工程技术,丰富管理经验,对马达驱动芯片设计及市场应用有着深刻的理解。