ASIC集成电路的设计流程.pptx
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1、n n集成电路产业发展历程n n摩尔定律:每平方厘米的晶体管数每每平方厘米的晶体管数每1818个月翻一番个月翻一番 芯片的最大时钟频率大概每芯片的最大时钟频率大概每2.1682.168年增长一倍年增长一倍n n集成电路设计方法 手工设计阶段 计算机辅助设计 计算机辅助工程 电子设计自动化 (HDL语言和综合工具)VLSI EDAn n硬件描述语言:n nHDL hardware description language verilog HDL VHDL 实现从抽象的行为与功能描述到具体的内部线路结构描述 n n自动综合工具:ASIC的概念n nASIC(Application Specifie
2、d Integrated CircuitApplication Specified Integrated Circuit)专用集成电路设计过程:ASICASIC设计者用设计者用HDLHDL在在RTLRTL级实现逻辑功能级实现逻辑功能EDAEDA工具提供商提供综合工具将工具提供商提供综合工具将RTLRTL代码转换成代码转换成ASICASIC生产商生产商提供的基本功能逻辑单元提供的基本功能逻辑单元 布局布线工具完成后端版面设计布局布线工具完成后端版面设计n nSOC system on chipn nIP (intellectual property)知识产权 核(core)设计好并通过验证的模块
3、全定制n n所有版图都是设计者设计完成所有版图都是设计者设计完成,制造厂商只需要将制造厂商只需要将其印刷在晶片上其印刷在晶片上.全定制设计开始于晶体管级全定制设计开始于晶体管级n n灵活灵活:能控制所有的电路参数能控制所有的电路参数,n n能达到最好的性能和最低功耗能达到最好的性能和最低功耗.n n设计成本高设计成本高,风险大风险大.n n适合于可多次复用适合于可多次复用,产量非常大或对性能功耗要求产量非常大或对性能功耗要求非常苛刻的设计非常苛刻的设计,如如CPU,CPU,标准单元电路标准单元电路半定制n n标准单元是已设计好的具有一定逻辑功能的单元电标准单元是已设计好的具有一定逻辑功能的单元
4、电路路,这些单元电路已经完成了紧凑的布局布线这些单元电路已经完成了紧凑的布局布线,经过经过严格测试严格测试,能保证逻辑功能和严格时序能保证逻辑功能和严格时序.如门电路如门电路,触触发器发器,RAM,RAM等等n n单元电路由专用集成电路厂商设计好并放入他们的单元电路由专用集成电路厂商设计好并放入他们的标准单元库中提供给设计者标准单元库中提供给设计者.n n需要所有掩膜层设计需要所有掩膜层设计,周期相对长周期相对长(2(2月月),),少量成本高少量成本高n n体积小体积小,支持复杂设计支持复杂设计,用户定制性能好用户定制性能好,批量生产成批量生产成本低本低n n门阵列采用一种掩膜版编程的集成电路
5、设计技术门阵列采用一种掩膜版编程的集成电路设计技术.n n生产厂商提供的基片上完成生产的基本阵列生产厂商提供的基片上完成生产的基本阵列,需要需要定制的只有掩膜层只有布线层定制的只有掩膜层只有布线层n n二输入与非门二输入与非门 (门海门海)效率低效率低n n嵌入式门阵列嵌入式门阵列,结构化专用集成电路结构化专用集成电路 基片上已经集成了一些逻辑功能块基片上已经集成了一些逻辑功能块 如处理器如处理器,RAM,DLLRAM,DLL等等n n成本低成本低 资源浪费资源浪费 不够灵活不够灵活 周期短周期短(2(2周周)n nFPGA基于SRAM技术,结构灵活,但逻辑不能保持,资源丰富,支持大规模电路设
6、计(百万门),价格昂贵n nCPLD 基于Flash技术,逻辑写入后可以保持,结构简单,逻辑延时小,功耗小,资源少,价格低.n nPLDPLD市场目前只剩下市场目前只剩下AlteraAltera,XilinxXilinx,LatticeLattice,ActelActel,QuickLogicQuickLogic,AtmelAtmel六家公司,其中前六家公司,其中前5 5家为专业家为专业PLDPLD公司,公司,并且前并且前3 3家几乎占有了家几乎占有了9090的市场份额,而我们一般使用的市场份额,而我们一般使用AlteraAltera,XilinxXilinx公司的公司的PLDPLD居多,所以
7、典型布局和布线的工居多,所以典型布局和布线的工具为具为AlteraAltera公司的公司的Quartus IIQuartus II和和Maxplus IIMaxplus II、XilinxXilinx公司的公司的ISEISE和和FoudationFoudation。n n功能仿真功能仿真:典型工具有典型工具有MentorMentor公司的公司的ModelSimModelSim、SynopsysSynopsys公司的公司的VCSVCS和和VSSVSS、AldecAldec公司公司 的的ActiveActive、CadenseCadense公司的公司的NCNC。n n综合工具:典型工具有综合工具:
8、典型工具有MentorMentor公司的公司的LeonardoSpectrumLeonardoSpectrum、SynopsysSynopsys公司的公司的DCDC、SynplicitySynplicity公司的公司的SynplifySynplify。n nDRC:Design Rule Check ERC:Electrical Rule Check DRC:Design Rule Check ERC:Electrical Rule Check n nRTL register-transfer levelRTL register-transfer leveln n等效性检查等效性检查:检查两个
9、设计在功能上是否等价检查两个设计在功能上是否等价n n功能正确的参考设计功能正确的参考设计 修改后的实现设计(待验修改后的实现设计(待验证的设计)证的设计)n n预研阶段预研阶段n n顶层设计阶段顶层设计阶段n n模块设计阶段模块设计阶段n n模块实现阶段模块实现阶段n n子系统仿真阶段子系统仿真阶段n n系统仿真系统仿真,综合和版面设计前门级仿真阶段综合和版面设计前门级仿真阶段n n后端版面设计后端版面设计n n测试矢量准备测试矢量准备n n后端仿真后端仿真n n生产生产n n硅片测试硅片测试预研任务任务:n n初始的产品系统结构设计初始的产品系统结构设计n n产品的初始规划与资源需求统计产
10、品的初始规划与资源需求统计n n风险和成本分析风险和成本分析可行性分析可行性分析:利润模型分析利润模型分析,开发周期分析开发周期分析,资源需求分析资源需求分析,初始架构设计初始架构设计输出输出:n n项目时间和资源需求估计项目时间和资源需求估计n n面积估计面积估计n n研发预算估计研发预算估计n n初始系统结构设计初始系统结构设计n n风险分析风险分析n n目标目标 可行性可行性 n n设计线路设计线路 开发工具的选择开发工具的选择顶层设计阶段任务:任务:n n书写功能需求说明书写功能需求说明n n顶层结构必备项顶层结构必备项n n分析必选项分析必选项-需要考虑技术灵活性、资源需求及开发周期
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