一文看懂芯片的设计流程

芯片分为数字芯片、模拟芯片、数模混合芯片等多种类别。不同类别的设计流程也存在一些差异。

接下来，我们就以数字芯片为例，详细看看芯片到底是如何设计出来的。

芯片设计的主要流程

芯片的设计，总体分为规格定义、系统设计、前端设计（Front-End Design）和后端设计（Back-End Design）四个阶段。

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网上有些资料为了简单，也会将规格定义和系统设计也归入前端设计。

上篇文章小枣君给大家说过，现在主流的芯片设计思路是自顶向下（Top-Down），也就是“先宏观，再微观”。

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简单来说，就是先做芯片整体设计（功能、接口、模块），再做各个模块的设计。做模块设计的时候，先设计逻辑原理（写代码），然后再用EDA工具转化为逻辑电路图（网表），最后再设计物理电路图（版图）。

整个过程，穿插着大量的“设计-验证（仿真）-设计-验证（仿真）”循环。需要确保每一步都准确无误，才会进入下一步。

四大阶段中，前端设计，就是逻辑设计。主要是将芯片的功能需求转化为可实现的电路逻辑，确保功能正确性，不考虑物理实现细节。

后端设计，则是物理设计，专注于物理实现，将前端的设计转化为实际的版图。这个阶段需要脚踏实地，考虑制造工艺约束、信号完整性、功耗管理等实际问题，解决物理实现的工艺挑战。

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前端设计和后端设计的各个子阶段如下图所示：

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接下来，我们分别进行介绍。

规格定义

芯片设计的第一步，是搞明白自己到底要做一款什么样的芯片。

这不是领导拍脑袋决定的，而是需要芯片设计团队和客户（甲方）以及利益相关方进行充分沟通，了解具体设计需求之后确定的。

需求包括：到底要实现什么功能，用于什么环境，算力、成本、功耗大概是多少，需要提供哪些接口，需要遵循什么安全等级，等等。

所有的需求会转化为芯片的基本参数，最终以Spec（芯片规格说明书）文件的形式进行记录。芯片设计的基本要求，就此确定。

系统设计

接下来，就要由架构工程师出马了。

架构工程师要根据规格Spec，设计具体的实现方案。包括但不限于：整个芯片的架构、业务模块、供电、接口、时序、性能指标、面积和功率约束等。

芯片的架构主要由芯片的类别和功能所决定。