IC設(shè)計是一門非常復(fù)雜的科學(xué)，在IC生產(chǎn)流程中，IC芯片主要由專業(yè)IC設(shè)計公司進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計，如聯(lián)發(fā)科、高通、Intel等國際知名大廠，都自行設(shè)計各自專精的IC芯片，提供不同規(guī)格、效能的芯片給下游客戶選擇。

IC 設(shè)計詳細(xì)過程包含制定規(guī)格、設(shè)計芯片細(xì)節(jié)、畫芯片藍(lán)圖等步驟，具體如下：

1. 制定規(guī)格：

首先確定IC 目的、效能，并研究有哪些協(xié)定要符合，最后則是確定這顆IC 芯片的實作方法，將不同功能分配成不同的單元，并確立不同單元間連結(jié)的方式。

2.設(shè)計芯片細(xì)節(jié)：

使用HDL 將電路描寫出來。常使用的HDL 有Verilog、VHDL 等，藉由程式碼便可將一顆IC 的功能表達(dá)出來。再進(jìn)一步檢查程式功能的正確性并修改。

(資料來源: 電子說)

Verilog 范例

3. 畫出設(shè)計藍(lán)圖：

IC 設(shè)計中，邏輯合成這個步驟便是將無誤的HDL code，放入EDA tool，讓電腦將HDL code 轉(zhuǎn)換成邏輯電路，產(chǎn)生電路圖。之后，就是確定此設(shè)計圖是否符合規(guī)格。

(資料來源: 電子說)

4. 電路布局、繞線、光罩疊層：

將合成完的程式碼再放入另一套EDA tool，進(jìn)行電路布局與布線。在經(jīng)過檢測后，便會形成相關(guān)的電路圖。

如下圖所示，可以看到藍(lán)、紅、綠、黃等不同顏色，每種不同的顏色就代表著一張光罩。

(資料來源: 電子說) ?

最后層層光罩，疊起一顆芯片。一顆IC 會產(chǎn)生多張的光罩，這些光罩有上下層的分別，每層有各自的任務(wù)。以CMOS 光罩示意圖為例，左邊為經(jīng)過電路布局與繞線后形成的電路圖，每種顏色代表一張光罩。右邊則是將每張光罩?jǐn)傞_的樣子。制作時，便由最底層開始，逐層制作，完成芯片。

IC 設(shè)計架構(gòu)小學(xué)堂：

? RISC 和CISC 是目前CPU 的兩種主要架構(gòu)，區(qū)別在于不同的CPU 設(shè)計理念和方法。

CISC 是一種微處理器指令集架構(gòu)(ISA)，每個指令可執(zhí)行一些低階操作，如從記憶體讀取、儲存、和計算操作，全部集中于單一指令中。

RISC 對指令數(shù)目和定址方式都做簡化，使其更容易實現(xiàn)想要的工作內(nèi)容，指令并存執(zhí)行程度更好，編譯器的效率更高，使它能夠以更快的速度執(zhí)行操作。

目前市場存在的主流四大芯片架構(gòu)，一是以英特爾為首，基于CISC 的X86 架構(gòu)；二是以RISC 原理的ARM、MIPS、RISCV 三大架構(gòu)。

X86 架構(gòu)主要是用于電腦語言指令集。ARM 架構(gòu)是一個32 位元為主的精簡指令集處理器架構(gòu)，其大量使用在許多嵌入式系統(tǒng)設(shè)計。

ARM 由于節(jié)能的特點，ARM 處理器非常適用于行動通訊領(lǐng)域，符合其主要設(shè)計目標(biāo)為低耗電特性。

MIPS 架構(gòu)是一種采取RISC 的處理器架構(gòu)。1981 年由MIPS 科技公司開發(fā)并授權(quán)。它是基于一種固定長度的定期編碼指令集。而在改良后，這種架構(gòu)可支援高階語言的優(yōu)化執(zhí)行。其算術(shù)和邏輯運算采用三個運算元的形式，允許編譯器優(yōu)化復(fù)雜的表達(dá)式。

RISC-V 架構(gòu)則是基于精簡指令集計算RISC 原理建立的開放指令集架構(gòu)。RISC-V 是在指令集不斷發(fā)展和成熟的基礎(chǔ)上建立的全新指令。

RISC-V 指令集完全開源，設(shè)計簡單，易于移植Unix 系統(tǒng)，模組化設(shè)計，完整工具鏈，同時有大量的開源實現(xiàn)和流片案例，得到很多IC 設(shè)計公司的認(rèn)同。

審核編輯：劉清