简述进行​IC设计的方法和设计流程

IC设计是一门非常复杂的科学，在IC生产流程中，IC芯片主要由专业IC设计公司进行规划、设计，如联发科、高通、Intel等国际知名大厂，都自行设计各自专精的IC芯片，提供不同规格、效能的芯片给下游客户选择。

IC 设计详细过程包含制定规格、设计芯片细节、画芯片蓝图等步骤，具体如下：

1. 制定规格：

首先确定IC 目的、效能，并研究有哪些协定要符合，最后则是确定这颗IC 芯片的实作方法，将不同功能分配成不同的单元，并确立不同单元间连结的方式。

2.设计芯片细节：

使用HDL 将电路描写出来。常使用的HDL 有Verilog、VHDL 等，藉由程式码便可将一颗IC 的功能表达出来。再进一步检查程式功能的正确性并修改。

(资料来源: 电子说)

Verilog 范例

3. 画出设计蓝图：

IC 设计中，逻辑合成这个步骤便是将无误的HDL code，放入EDA tool，让电脑将HDL code 转换成逻辑电路，产生电路图。之后，就是确定此设计图是否符合规格。

(资料来源: 电子说)

4. 电路布局、绕线、光罩叠层：

将合成完的程式码再放入另一套EDA tool，进行电路布局与布线。在经过检测后，便会形成相关的电路图。

如下图所示，可以看到蓝、红、绿、黄等不同颜色，每种不同的颜色就代表着一张光罩。

(资料来源: 电子说)  

最后层层光罩，叠起一颗芯片。一颗IC 会产生多张的光罩，这些光罩有上下层的分别，每层有各自的任务。以CMOS 光罩示意图为例，左边为经过电路布局与绕线后形成的电路图，每种颜色代表一张光罩。右边则是将每张光罩摊开的样子。制作时，便由最底层开始，逐层制作，完成芯片。

IC 设计架构小学堂：

  RISC 和CISC 是目前CPU 的两种主要架构，区别在于不同的CPU 设计理念和方法。

CISC 是一种微处理器指令集架构(ISA)，每个指令可执行一些低阶操作，如从记忆体读取、储存、和计算操作，全部集中于单一指令中。

RISC 对指令数目和定址方式都做简化，使其更容易实现想要的工作内容，指令并存执行程度更好，编译器的效率更高，使它能够以更快的速度执行操作。

目前市场存在的主流四大芯片架构，一是以英特尔为首，基于CISC 的X86 架构；二是以RISC 原理的ARM、MIPS、RISCV 三大架构。

X86 架构主要是用于电脑语言指令集。ARM 架构是一个32 位元为主的精简指令集处理器架构，其大量使用在许多嵌入式系统设计。

ARM 由于节能的特点，ARM 处理器非常适用于行动通讯领域，符合其主要设计目标为低耗电特性。

MIPS 架构是一种采取RISC 的处理器架构。1981 年由MIPS 科技公司开发并授权。它是基于一种固定长度的定期编码指令集。而在改良后，这种架构可支援高阶语言的优化执行。其算术和逻辑运算采用三个运算元的形式，允许编译器优化复杂的表达式。

RISC-V 架构则是基于精简指令集计算RISC 原理建立的开放指令集架构。RISC-V 是在指令集不断发展和成熟的基础上建立的全新指令。

RISC-V 指令集完全开源，设计简单，易于移植Unix 系统，模组化设计，完整工具链，同时有大量的开源实现和流片案例，得到很多IC 设计公司的认同。

审核编辑：刘清