如果只是科普/大流程的話，從20年前硅片的制作流程就沒怎么變過，唯一對芯片設計造成比較大的影響的是隨著MOS管變小增加的DesignRule

 

我來簡單的說一下模擬電路和數字電路設計/制作方面的差別吧：

首先明確一點：所有的ASIC（Application-SpecificIntegratedCircuit），也即應用芯片，都是有一個Design的目的，如果是在工廠里就是乙方提的要求;在PhD生涯里就是老板布置的活。。。

要成功通關，待我細細道來：

小怪：數字電路電路圖

推薦武器：Verilog

數字電路一般用Verilog寫，主要是因為方便（我才不告訴你我手動壘StandardCell呢）。比如說CPU級別的芯片，動輒上億的MOS管，就算一秒畫一個，不計連線時間，你得畫38個月。

小怪：數字電路仿真推

薦武器：VCS，MMSIM

寫完了Verilog，就要跑數字仿真了。一般會用到Synopsys的VCS或者MentorGraphics的MMSIM之類的。

這個仿真非?？欤驗槊恳粋€MOS管都被看成是開關，然后加上一些非常粗糙的模擬出來的延遲時間。目的是看你寫出來的玩意能不能正常工作。

小怪：模擬電路電路

圖推薦武器：Cadence（允許準確擊打），SPICE（自由度高，可長可短）等

這個就比較復雜了。因為模擬電路的自由度非常高！比方說，一個MOS管在數字電路條件下就是一個開關，但是在模擬電路里面，根據柵極電壓和電路結構不一樣，分分鐘完成開路-大電阻-放大器-電流源-導通各種功能。

所以呢，模擬電路基本就得手畫了。

小怪：模擬電路仿真

推薦武器：Spectre（精度最高），HSPICE，PSpice，HFSS等

最好跟打小怪：模擬電路電路圖小怪用一樣的武器。

模擬電路的仿真包括但不限于：調節分壓，仿真，模擬工作點等。。。而且千萬記住！設計過程中，精細（Swing<=100mV）的模擬電路要做噪聲分析！不然各種地方的噪音分分鐘教你做人。。。

好，現在假設我們有電路圖啦~

數字電路的電路圖長這樣：

 

模擬電路的電路圖長這樣：

 

下一步，就是要把這些東西變成實實在在的電路：

小Boss：綜合電路：

推薦武器：DesignCompiler（DC）

數字電路需要用到DesignCompiler，Synopsys公司出的大殺器，一招把Verilog轉成Verilog！

這一步叫做Synthesis（綜合）。

綜合出來的電路也是Verilog格式，但是長這樣：

 

 

把一堆描述性質的語言轉換成真正的StandardCell（標準門電路）StandardCell長這樣：

 

小Boss：模擬電路Layout

必殺：無。但是血厚。

推薦武器：CadenceLayoutEditor等。

模擬電路就比較煩了，一般會手畫，大概長這樣：

這一個是比較規整的Design，來個不規整的：

師兄有云：畫模擬電路的Layout是體力活。我表示師兄說的太對了！

小Boss：數字電路Layout

必殺：向門神告狀（DRC/LVSFail）。

推薦武器：IC-compiler，Encounter

數字電路接下來就需要PlaceandRoute（布線）了。一般這個步驟由IC-Compiler/Encounter等工具來完成。具體就是，把綜合過的Verilog中的每個StandardCell找到對應的StandardCellLayout，布置在用戶指定的范圍內，然后自動連線。

這個自動連線就很講究：

自動布線要先連時鐘信號，然后連電源網絡，最后連其他的數字信號等。

時鐘信號默認會使用雙倍線寬，如有分支，盡量使用對稱的結構；

然后使用用戶的方式架設電源網絡。為什么叫電源網絡呢？因為一般片上的電源長這樣：

 

powernet這名字不是白起的。。。

自動布線就不展開講了。。。

學問太多了（主要是制作工藝。。。）

之后，還有一個很重要的步驟：FillerCell

什么意思呢？

數字電路的StandardCell放完了，連好線了，大致長這樣：

 

圖中的那幾個淡藍色的Cell就是StandardCell，連線未顯示。

你要敢把這個Design交到Fab去做，人家分分鐘咒你全家。

為什么呢？打個比方：我想讓你幫我剪一個窗花，給你一張A4紙（大概58800mm2），然后說，我想要剪個窗花，但是窗花的總面積不要超過1mm2，最好還要有鏤空，有個人。。blahblahblah。。。

恩。差不多一個意思。。

所以為了讓廠家和你不要那么難過，需要在片上沒東西的地方加上Filler，也就是長得像StandardCell但是里面就是一坨沒有連線的金屬和輕摻雜層的東西。

之后，兩大門神決定了你能不能提交：

門神1：DesignRuleCheck（DRC）

必殺1：AreaXXtoosmall

必殺2：XXtoXXmustbegreaterthanorequalto 0.038

推薦武器：CalibreRVE，ASSURA，仔細檢查+喊師兄幫忙

每一招都對應的是（由于技術原因或者安全原因）無法被制作出來的部分。。

想擊敗他必須一招都不能中（NoDesignRuleViolation）。

門神2：LayoutVersusSchematiccheck（LVS）

必殺：LayoutdoesnotmatchSchematic。

推薦武器：CalibreRVE，ASSURE，喊老板幫忙

恩。就是確定你畫的這個奇形怪狀的Layout跟一開始的電路圖是對的上號的。

雖然此門神僅有一招，但是這招千變萬化，難以招架。

兩大門神都開心了之后，你就可以把你做出來的這個GraphicDatabaseSystemII（GDSII）文件交到廠商的手里了。

從Fab回來以后，戰斗還沒結束。。

Boss：Bonding&Packaging（封裝）

必殺：兩個pad黏一塊兒了！！！，pad金屬掉了?。?！，金屬絲斷了！！！。

基礎武器：BondingMachine

凡人即使有武器，挑戰這個Boss也屬不易。需要花重金升級武器才行，比如說：

實在不行，亦可祭出大殺器：讓廠商Bond！這一步，將芯片變成我們認識的模樣：

從：

 

變成：

 

Boss：PCBDesign

必殺：信號太多，面積太??；驅動太弱，電容太大;燒Chip。

推薦武器：AltiumDesign，Eagle等。

做出了Chip之后，就需要畫一個配套的PCB，將外圍電路在板上搭建好，或者引至其他外設等。

最終Boss：SystemDesign

必殺：此Boss神通廣大，一切外部設備都可以喚來作為必殺。

推薦武器：Thebestweaponistheonebetweenyourears。USEIT。

最終，我們需要這個芯片在應用中展現它的實力，所以一個不滿足需求的芯片就是渣渣。