芯片是怎么开发出来的_芯片研发过程详细
　　人类对视觉信号天生的敏感决定了对图形处理硬件性能的渴求成了现阶段硬件产业最炙手可热的话题。 与满足听觉的音频设备相比，现在的图形处理技术水平给图形处理还留有很大的发展空间， 这就决定了这个产业的竞争充满了变数，在技术开发和市场推广策略上稍有不慎就会别别人赶超。 为了应付激烈的行业竞争， 设计出更高性能的图形处理芯片已经成为各个厂商保持自身竞争力水平最重要的手段。 今天我就来大家做一次特殊的旅行，了解图形芯片设计研发的全过程，事实上现在绝大多数的芯片设计厂商都是依照这个程序来进行新品研发的。
　　芯片，英文为Chip；芯片组为Chipset。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。
　　芯片也有它独特的地方，广义上，只要是使用微细加工手段制造出来的半导体片子，都可以叫做芯片，里面并不一定有电路。比如半导体光源芯片；比如机械芯片，如MEMS陀螺仪；或者生物芯片如DNA芯片。在通讯与信息技术中，当把范围局限到硅集成电路时，芯片和集成电路的交集就是在&硅晶片上的电路&上。芯片组，则是一系列相互关联的芯片组合，它们相互依赖，组合在一起能发挥更大的作用，比如计算机里面的处理器和南北桥芯片组，手机里面的射频、基带和电源管理芯片组。
　　确定研发方案和硬件语言描述
　　与任何一个靠生产产品谋求发展的企业一样，设计推出一款新的 GPU 的第一步理所当然的是市场的调研和产品的开发规划。在这段时间内，未来产品的相关定位，主要占领的市场范围等话题都被提到桌面上讨论，这些问题讨论的结果最终将决定产品最终的研发方案的大体内容：研发成本，研发周期以及开发过程中需要的资源等等。
　　接下来就要在研发方案确定的大方向的技术上研究从生产工艺，芯片代工等具体的细节问题进行商议。在成本的限制范围内决定诸如集成晶体管数量等物理参数；紧接着就要在符合生产工艺的芯片代工厂中做出选择了，决定这个的因素很多，当然第一点是能提供生产芯片要求的工艺水平，比如0.15微米，0.13微米，甚至90纳米，其次是代工厂的产品质量和价格因素。当然很多时候芯片在设计的时候就计划使用比较超前的工艺，保证选择的代工厂（即芯片生产的公司比如TSMC ）在芯片设计完成开始投片的时候完成相关工艺改造是十分重要的，如果你在这一点上面做出错误的判断，那对公司造成的损失是巨大的，因为图形芯片行业是一个最求速度的产业，在生产工艺已经决定的情况下，如果要在回过头来修订工艺指标，那进行的工作又会持续几个月，其中的工作量不比重新一块芯片要少多少！
　　当这一切前期环节确定以后，就开始我们这篇文章最主要的部分了，显示芯片构架的设计。一个设计团队被组织起来定义GPU 支持的技术特征并且制定整个设计工作的日程表（比如团队1在三周内完成反锯齿单元的设计）。
　　在我们深入介绍芯片的设计过程之前，我们先来了解一下现在芯片制造公司一般的设计流程。 现在，芯片构架的设计一般是通过专门的硬件设计语言Hardware Descripon Languages （HDL）来完成，所谓硬件设计语言（ HDL）顾名思义，是一种用来描述硬件工作过程的语言。现在被使用的比较多的有 Verilog 、 VHDL。 这些语言写成的代码能够用专门的合成器生成逻辑门电路的连线表和布局图，这些都是将来发给芯片代工厂的主要生产依据。对于硬件设计语言（ HDL）一般的人都基本上不会接触到，我们在这里只给大家简略的介绍一下：在程序代码的形式上HDL和C也没有太大的不同，但他们的实际功能是完全的不同。比如下面这个Verilog语言中非常基本的一条语句：
　　always@（posedge clock） Q 《= D;
　　这相当于C里面的一条条件判断语句，意思就是在时钟有上升沿信号的时候，输出信号 &D& 被储存在&Q&。 就是通过诸如此类的语句描述了触发器电路组成的缓存和显存之间数据交换的基本方式。综合软件就是依靠这些代码描述出来的门电路的工作方式关系生成电路的。在芯片的设计阶段基本上都是通过工程师们通过Verilog语言编制HDL代码来设计芯片中的所有工作单元，也决定该芯片所能支持的所有技术特征。这个阶段一般要持续3到4个月（这取决于芯片工程的规模），是整个设计过程的基础。
　　在上述的工作完成后，就进入了产品设计的验证阶段，一般也有一两个月的时间。这个阶段的任务就是保证在芯片最后交付代工厂的设计方案没有缺陷的，就是我们平时所说的产品的&bug&。这一个阶段对于任何芯片设计公司来说都是举足轻重的一步，因为如果芯片设计在投片生产出来以后验证出并不能像设计的那样正常工作，那就不仅意味着继续投入更多的金钱修改设计，重新投片，还会在图形芯片产业最为重视的产品推出速度方面失去先机。整个验证工作分为好几个过程，基本功能测试验证芯片内的所有的门电路能正常工作，工作量模拟测试用来证实门电路组合能达到的性能。当然，这时候还没有真正物理意义上真正的芯片存在，这些所有的测试依旧是通过HDL 编成的程序模拟出来的。
　　接下来的验证工作开始进行分支的并行运作，一个团队负责芯片电路的静态时序分析，保证成品芯片能够达到设计的主频 ；另外一个主要由模拟电路工程师组成的团队进行关于储存电路，供电电路的分析修改。 和数字电路的修正工作相比，模拟工程师们的工作要辛苦的多，他们要进行大量的复数，微分方程计算和信号分析，即便是借助计算机和专门的软件也是一件很头疼的事情。同样，这时候的多有测试和验证工作都是在模拟的状态下进行的，最终，当上述所有的工作完成后，一份由综合软件生成的用来投片生产门电路级别的连线表和电路图就完成了。 但是，图形芯片设计者不会立即把这个方案交付厂家，因为它还要接受最后一个考验，那就是我们通常所说的FPGA （Field Programmable Gate Array）现场可编程门阵列来对设计进行的最终功能进行验证。 对于NV30那样集成一亿多个晶体管超级复杂芯片，在整个使用硬件设计语言（ HDL）设计和模拟测试的过程中，要反复运行描述整个芯片的数十亿条的指令和进行真正&海量&的数据储存，因此对执行相关任务的的硬件有着近乎变态的考验。我们从下面NVIDIA实验室的配备可见一斑。
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模拟芯片设计的四重境界
模拟芯片设计的四重境界
&从复旦攻读微电子专业模拟芯片设计方向研究生开始到现在五年工作经验，已经整整八年了，其间聆听过很多国内外专家的指点。最近，应朋友之邀，写一点心得体会和大家共享:
&&&&&& 我记得本科刚毕业时，由于本人打算研究传感器的，后来阴差阳错进了复旦逸夫楼专用集成电路与系统国家重点实验室做研究生。现在想来这个实验室名字大有深意，只是当时
&从复旦攻读微电子专业模拟芯片设计方向研究生开始到现在五年工作经验，已经整整八年了，其间聆听过很多国内外专家的指点。最近，应朋友之邀，写一点心得体会和大家共享:
&&&&&& 我记得本科刚毕业时，由于本人打算研究传感器的，后来阴差阳错进了复旦逸夫楼专用集成电路与系统国家重点实验室做研究生。现在想来这个实验室名字大有深意，只是当时惘然。电路和系统，看上去是两个概念，?两个层次。?我同学有读电子学与信息系统方向研究生的，那时候知道他们是&系统&的，?而我们呢，是做模拟&电路&设计的，自然要偏向电路。而模拟芯片设计初学者对奇思淫巧的电路总是很崇拜，尤其是这个领域的最权威的杂志JSSC （IEEE?Journal?of?solid?state?circuits），?以前非常喜欢看，?当时立志看完近二十年的文章，打通奇经八脉，总是憧憬啥时候咱也灌水一篇，?那时候国内在此杂志发的文章凤毛麟角，?就是在国外读博士，能够在上面发一篇也属优秀了。
读研时，我导师是郑增钰教授，李联老师当时已经退休，逸夫楼邀请李老师每个礼拜过来指导。郑老师治学严谨，女中豪杰。李老师在模拟电路方面属于国内先驱人物，现在在很多公司被聘请为专家或顾问。?李老师在87年写的一本(运算放大器设计);即使现在看来也是经典之作。李老师和郑老师是同班同学，所以很要好，我自然相对于我同学能够幸运地得到李老师的指点。李老师和郑老师给我的培养方案是：先从运算放大器学起。所以我记得我刚开始从小电流源开始设计。那时候感觉设计就是靠仿真调整参数。但是我却永远记住了李老师语重心长的话：运放是基础，运放设计弄好了，其他的也就容易了。当时不大理解，我同学的课题都是AD/DA，锁相环等&高端&的东东，而李老师和郑老师却要我做&原始&的模块，我仅有的在(固体电子学)?（国内的垃圾杂志）发过的一篇论文就是轨到轨(rail-to-rail)放大器。?做的过程中很郁闷，非常羡慕我同学的项目，但是感觉李老师和郑老师讲的总有他们道理，所以我就专门看JSSC运放方面的文章，基本上近20多年的全看了。当时以为很懂这个了，后来工作后才发现其实还没懂。?所谓懂，是要真正融会贯通，否则塞在脑袋里的知识再多，也是死的。但是运算放大器是模拟电路的基石，只有根基扎实方能枝繁叶茂，两位老师的良苦用心工作以后才明白。总的来说，在复旦，我感触最深的就是郑老师的严谨治学之风和李老师的这句话。1 L& h) a/ f* r( ^& ^
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硕士毕业，去找工作，当时有几个offer。?我师兄孙立平，?李老师的关门弟子，推荐我去新涛科技，他说里面有个常仲元，鲁汶天主教大学博士，很厉害。我听从师兄建议就去了。新涛当时已经被IDT以8500万美金收购了，成为国内第一家成功的芯片公司。面试我的是公司创始人之一的总经理Howard.?C.?Yang（杨崇和）。?Howard是Oregon?State?University 的博士，锁相环专家。面试时他当时要我画了一个两级放大器带Miller补偿的，?我很熟练。他说你面有个零点，我很奇怪，从没听过，云里雾里，后来才知道这个是Howard在国际上首先提出来的，?等效模型中有个电阻，他自己命名为杨氏电阻。?当时出于礼貌，不断点头。不过他们还是很满意，反正就这样进去了。我呢，面试的惟一的遗憾是没见到常仲元，?大概他出差了。
进入新涛后，下了决心准备术业有专攻。因为本科和研究生时喜欢物理，数学和哲学，花了些精力在这些上面。工作后就得真刀真枪的干了。每天上班仿真之余和下班后，就狂看英文原版书。第一本就是现在流行的Razavi的那本书。读了三遍。感觉大有收获。那时候在新涛，初生牛犊不怕虎，应该来说，我还是做得很出色的，因此得到常总的赏识，被他评价为公司内最有potential的人。偶尔常总会过来指点一把，别人很羡慕。其实我就记住了常总有次聊天时给我讲的心得，?他大意是说
做模拟电路设计有三个境界：第一是会手算，意思是说pensile-to-paper，?电路其实应该手算的，仿真只是证明手算的结果。
第二是，算后要思考，把电路变成一个直观的东西。?第三就是创造电路。?
我大体上按照这三部曲进行的。Razavi的那本书后面的习题我仔细算了。公司的项目中，我也力图首先以手算为主，?放大器的那些参数，都是首先计算再和仿真结果对比。久而久之，我手计算的能力大大提高，一些小信号分析计算，感觉非常顺手。这里讲一个小插曲，有一次在一个项目中，一个保护回路AC仿真总不稳定，?调来调去，总不行，这儿加电容，那儿加电阻，试了几下都不行，就找常总了。因为这个回路很大，所以感觉是瞎子摸象。常总一过来三下五除二就摆平了，?他仔细看了，然后就导出一个公式，找出了主极点和带宽表达式。通过这件事，我对常总佩服得五体投地，?同时也知道直观的威力。所以后来看书时，都会仔细推导书中的公式，然后再直观思考信号流，?不直观不罢手。一年多下来，?对放大器终于能够透彻理解了，感觉学通了，?通之后发现一通百通。最后总结：放大器有两个难点，一个是频率响应，一个是反馈。其实所谓电路直观，就是用从反馈的角度来思考电路。每次分析了一些书上或者JSSC上的&怪异&电路后，都会感叹：反馈呀，反馈！然后把分析的心得写在paper上面。% K2 x&&y5 x( a8 L% _, ?1 D4 u4 u
&& 学通一个领域后再学其他相关领域会有某种&加速&作用。?常总的方式是每次做一个新项目时，让下面人先研究研究。我在离开新涛前，做了一个锁相环。?我以前没做过，然后就把我同学的硕士论文，以及书和很多paper弄来研究，研究了一个半月，常总过来问我：锁相环的3dB带宽弄懂了吧？?我笑答：早就弄懂了。我强大的运放的频率响应知识用在锁相环上，小菜了。我这时已经去研究高深的相位噪声和jitter了。之后不久，一份30多页的英文研究报告发出来，常总大加赞赏！。?后来在COMMIT时，有个项目是修改一个RF?Transceiver芯片，?使之从WCDMA到TD-SCDMA。里面有个基带模拟滤波器。我以前从没接触过滤波器，就花了两个月时间，看了三本英文原版书，第一本有900多页，和N多paper，?一下子对整个滤波器领域，开关电容的，GmC的，Active?RC的都懂了。提出修改方案时，?由于我运放根基扎实，看文章时对于滤波器信号流很容易懂，所以很短时间就能一个人提出芯片电路原理分析和修改方案。最后报告写出来（也是我的又一个得意之作），送给TI.?TI那边对这边一下子肃然起敬，Conference?call时，? 他们首先说这份报告是&Great?job!&，我英文没听懂，Julian对我夸大拇指，说&他们对你评价很高呢&。后来去Dallas，?TI那边对我们很尊敬，?我做报告时，很多人来听。总之，现在知道，凡事情，基础很重要，基础扎实学其他的很容易切入，?并且越学越快。[- Z1 _# V1 G& s* X
我是02年 11月去的COMMIT，当时面试我的也是我现在公司老板Julian。?Julian问我：你觉得SOC?(system?on?chip)设计的环节在哪儿？?我说：应该是模拟电路吧，这个比较难一些。Julian说错了，是系统。我当时很不以为然，?觉得模拟电路工程师应该花精力在分析和设计电路上。?Julian后来自己run了现在这公司On-Bright，把我也带来，?同时也从TI拉了两个，有一个是方博士。我呢，给Julian推荐了朱博士。这一两年，我和朱博士对方博士佩服得五体投地。方博士是TI华人里面的顶级高手，?做产品能力超强。On-Bright现在做电源芯片，我和朱博士做了近两年，知道了系统的重要性。
芯片设计最终一定要走向系统，?这个是芯片设计的第四重境界。电路如同砖瓦，系统如同大厦。芯片设计工程师一定要从系统角度考虑问题，否则就是只见树木，不见森林。电源芯片中，放大器，比较器都是最最普通的，?其难点在于对系统的透彻理解。在On-Bright，我真正见识了做产品，从定义到设计，再到debug，?芯片测试和系统测试，最后到RTP? (release?to?production)。?Julian把TI的先进产品开发流程和项目管理方式引入On-Bright，我和朱博士算是大开眼界，也知道了做产品的艰辛。7 U- d2 t# e. g# i# H: M&&P6 S
产品和学术是两片天地，学术可以天马行空，做出一个样品就OK了。产品开发是一个系统工程，牵涉到方方面面的工作，N多的人一起协作，最终才能使产品成功推向市场。芯片领域，我以前非常崇拜学术界牛人，?现在发现工业界水平还是较学术界领先，? 朱博士说他以前在瑞士理工黄秋亭(IEEE的著名Fellow)那儿做过半年研究，?当时很崇拜黄，现在发现方博士水平更高。所以就像(天龙八部)中，一个无名扫地老僧是顶级高手。但无论工业界还是学术界，这四重境界却是共同的，?每个模拟芯片设计者都应该一步一步脚踏实地，逐次跨越这四重境界。
型号/产品名
深圳优耐检测技术有限公司
深圳优耐检测技术有限公司
深圳优耐检测技术有限公司
深圳优耐检测技术有限公司
深圳优耐检测技术有限公司}