一颗芯片从构想到完成电路设计的过程是怎样的

如果只是科普大流程的话，从199X年硅片的制作流程就没怎么变过，唯一对芯片设计造成比较大的影响的是随着MOS管变小增加的Design Rule。

我来简单的说一下模拟电路和数字电路设计/制作方面的差别吧：

首先明确一点：所有的ASIC（Application-Specific Integrated Circuit），也即应用芯片，都是有一个Design的目的，如果是在工厂里就是乙方提的要求；在PhD生涯里就是老板布置的活...

要成功通关，待我细细道来：

小怪：数字电路电路图推荐武器：Verilog

数字电路一般用Verilog写，主要是因为方便（我才不告诉你我手动垒Standard Cell呢）。比如说CPU级别的芯片，动辄上亿的MOS管， 就算一秒画一个，不计连线时间，你得画38个月。

小怪：数字电路仿真推荐武器：VCS，MMSIM

写完了Verilog，就要跑数字仿真了。一般会用到Synopsys的VCS或者Mentor Graphics的MMSIM之类的。

这个仿真非常快，因为每一个MOS管都被看成是开关，然后加上一些非常粗糙的模拟出来的延迟时间，目的是看你写出来的玩意能不能正常工作。

小怪：模拟电路电路图推荐武器：Cadence（允许准确击打），SPICE（自由度高，可长可短）等

这个就比较复杂了。因为模拟电路的自由度非常高! 比方说，一个MOS管在数字电路条件下就是一个开关，但是在模拟电路里面，根据栅极电压和电路结构不一样，分分钟完成：开路-大电阻-放大器-电流源-导通各种功能。所以呢，模拟电路基本就得手画了。

小怪：模拟电路仿真推荐武器：Spectre（精度最高），HSPICE，PSpice，HFSS等注：最好跟打小怪，模拟电路电路图小怪用一样的武器

模拟电路的仿真包括但不限于：调节分压，仿真，模拟工作点等... 而且千万记住！设计过程中，精细（Swing≤100 mV）的模拟电路要做噪声分析！不然各种地方的噪音分分钟教你做人...好，现在假设我们有电路图啦~

数字电路的电路图长这样：

模拟电路的电路图长这样：

下一步，就是要把这些东西变成实实在在的电路：

小Boss：综合电路推荐武器：Design Compiler（DC）

数字电路需要用到Design Compiler，Synopsys公司出的大杀器，一招把Verilog转成Verilog！这一步叫做Synthesis（综合）。综合出来的电路也是Verilog格式，但是长这样：

把一堆描述性质的语言转换成真正的Standard Cell（标准门电路），Standard Cell长这样：

小Boss：模拟电路Layout

推荐武器：Cadence Layout Editor等

模拟电路就比较烦了， 一般会手画，大概长这样：

这一个是比较规整的Design，来个不规整的：

师兄有云：画模拟电路的Layout是体力活，我表示师兄说的太对了！

小Boss：数字电路Layout必杀：向门神告状（DRC/LVS Fail）推荐武器：IC-compiler，Encounter

数字电路接下来就需要Place and Route（布线）了。一般这个步骤由IC-Compiler / Encounter等工具来完成。具体就是，把综合过的Verilog中的每个Standard Cell找到对应的Standard Cell Layout，布置在用户指定的范围内，然后自动连线。

这个自动连线就很讲究：自动布线要先连时钟信号，然后连电源网络，最后连其他的数字信号等。

时钟信号默认会使用双倍线宽，如有分支，尽量使用对称的结构；然后使用用户的方式架设电源网络。为什么叫电源网络呢？因为一般片上的电源长这样：

power net这名字不是白起的...自动布线就不展开讲了...学问太多了（主要是制作工艺...）之后，还有一个很重要的步骤：Filler Cell，什么意思呢？数字电路的Standard Cell放完了，连好线了，大致长这样：

图中的那几个淡蓝色的Cell就是Standard Cell，连线未显示。你要敢把这个Design交到Fab去做，人家分分钟咒你全家。

为什么呢？打个比方：我想让你帮我剪一个窗花，给你一张A4纸（大概58800mm2），然后说，我想要剪个窗花，但是窗花的总面积不要超过1mm2，最好还要有镂空，有个人...blah blah blah...恩，差不多一个意思...

所以为了让厂家和你不要那么难过，需要在片上没东西的地方加上Filler，也就是长得像Standard Cell但是里面就是一坨没有连线的金属和轻掺杂层的东西。

之后，两大门神决定了你能不能提交：

门神1：Design Rule Check（DRC）必杀1：Area XX too small必杀2：XX to XX must be greater than or equal to 0.038必杀3：...推荐武器：Calibre RVE，ASSURA，仔细检查+喊师兄帮忙

每一招都对应的是（由于技术原因或者安全原因）无法被制作出来的部分。反正招招必死。想击败他必须一招都不能中（No Design Rule Violation）。

门神2：Layout Versus Schematic check（LVS）必杀：Layout does not match Schematic推荐武器：Calibre RVE，ASSURE，喊老板帮忙

确定你画的这个奇形怪状的Layout跟一开始的电路图是对的上号的。虽然此门神仅有一招，但是这招千变万化，难以招架。

两大门神都开心了之后，你就可以把你做出来的这个Graphic Database System II（GDSII）文件交到厂商的手里了。

凡人即使有武器，挑战这个Boss也属不易。需要花重金升级武器才行，比如说：

Boss：PCB Design必杀：信号太多，面积太小，驱动太弱，电容太大，烧Chip推荐武器：Altium Design，Eagle等

做出了Chip之后，就需要画一个配套的PCB，将外围电路在板上搭建好，或者引至其他外设等。

最终Boss：System Design必杀：此Boss神通广大，一切外部设备都可以唤来作为必杀推荐武器：The best weapon is the one between your ears，USE IT

最终，我们需要这个芯片在应用中展现它的实力，所以一个不满足需求的芯片就是渣渣。