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傻白入门芯片设计,芯片工程师常说的那些“黑话”(七)

目录

一、计划

二、供应链

三、IP

四、技术


一、计划

A:你们项目组芯片什么时间TO?

B:年底。

A:MPW?

B:直接FULL MASK。

A:有钱。

B:芯片面积太大,占了6个SEAT,况且年底没有合适时间点的shuttle。老大们就直接定了FULL MASK。

A:牛X!

TAPEOUT (TO):在IC设计和生产流程中,Fabless设计者一般会将集成电路设计的最终结果以GDSII格式记录的电路版图数据交给Foundry,这个动作叫做Tape Out,俗称流片(投片)。代工厂根据集成电路版图对半导体晶圆进行加工,加工的过程非常复杂,包括通过氧化、化学刻蚀、离子注入掺杂、金属淀积等方法制造出晶体管和互连线,除此之外,可以简单地理解为整个过程就是把版图(包括形状、尺寸、层次)复制到一块半导体薄片中,其原理类似于胶片照相机的成像和冲洗过程,其中用到大量的各种形状的遮光罩,这些光罩决定了在半导体平面上各个层次的图形形状,在集成电路制造中被称为Mask,俗称“光罩”或“掩膜”。

Muti Project Wafer(MPW):多项目晶圆,将多个使用相同工艺的集成电路设计放在同一晶圆(Wafer)片上流片,制造完成后,每个设计可以得到数十片芯片样品。可以理解为拼多多的形式,大家一起拼单流片(不仅晶圆厂有专人负责这类业务,还有专业的中介公司,组织设计公司一起流片,当然前提是在同一种工艺下)。

FULL MASK:单次生产某个芯片的成本可以简单地以所使用到的Mask的数量来表征,用到的Mask越多说明芯片规模越大、越复杂,成本也就越高。相应地,Full Mask(全掩膜)就是指整个晶圆制造过程中的全部Mask都是为某个芯片所用,显然这次投片的成本是很高的。只有在设计完全有把握成功并且准备大批量生产、商用的时候,才会采用Full Mask方式,因为批量生产可以降低成本。full mask是土豪公司独享的moment。Mask的贵,号称几片石英玻璃=魔都一套房,不是开玩笑的。简单来说,MPW就是和别的厂家共享一张掩模版,而FULL MASK则是独享一张掩膜版。如果芯片风险比较高,则可以先做MPW,测试没有问题,再做FULL MASK。主要的原因就是MASK(掩膜),比较贵,例如40nm的MASK大约在500万左右,而28nm的MASK大约在1000万左右,14nm的MASK大约在2500万左右。不同厂家有差异,这里只是说明MASK的成本比较高。如果芯片失败,则MASK的钱就打水漂了。所以先做一次MPW也是分散风险的方法。而MPW的问题就是,这个是按照面积来收钱的,例如在40nm的3mm*4mm 大约50万人民币等等。

Shuttle:就是MPW的时间,MPW的时间就是固定的,每个月或者每个季度有一次,有个很形象的翻译:班车,到点就走。

SEAT:一个MPW的最小面积,就类似“班车”的座位,可以选择一个或者几个座位。一个SEAT就是3mm*4mm。如果超过这个面积,就要额外收费。所以大芯片,是不合适做MPW的,如果是120mm^2那需要10个SEAT,那么和整个MASK费用就一样了。这种情况做MPW就不合适了,所以从成本上来说是综合考量的一件事情。

二、供应链

A:这次定了多少片WAFER?

B:24片?每片大约出1000片Die。考虑yield,大约有2万片。

A:封装怎么做?wire bonding还是flip chip。

B:Flip chip 。

A:是在foundry长好bump,还是封装厂家来长bump。

B:foundry直接长好bump送到封测厂。

A:CP和FT都做,还是只做FT。

B:yield不高,基板也很贵,只做CP的话,会浪费太多基板。

A:对对对,这个年头,基板太贵了。

B:我们老板搞到了1000万片基板。

A:牛X!

Foundry:晶圆厂,是指能够自行完成芯片制造,但是没有设计能力的厂商,就是我们所熟知的代工厂。此时想到了农夫山泉的那句话:“我们不生产水,我们只是大自然的搬运工”。,例如台积电(TSMC),中芯国际(SMIC),联电(UMC)。他们专注芯片制造,发展相关的工艺和制程,所以 Foundry 厂商其实就是 Fabless 厂商的代工方。台积电目前代工了机会全球大多数的芯片制造,包括华为海思,苹果,高通,小米等等。他们专注于制程的发展,我们摩尔定律的实现就是Foundry努力推进的结果,也得益于下游制造业的发展,我们才能有如此高性能的科技产品。

Fabless:指的只从事芯片设计与销售,不从事生产的公司,这样的企业被成为“无厂化企业”,手机厂商中的华为(HUAWEI)、苹果(Apple)和小米(Xiaomi),还有高通和联发科,都属于 Fabless。目前大多数的芯片公司基本都是Fabless,也就是大家只负责芯片的开发设计,然后生产可以找专业的代工厂进行生产。芯片的开发设计是一个需要大量人力进行创新的领域,相对于生产设计投入成本相对较小,但是收益周期会更快。因此更多的公司只会选择开发设计这一块来做。当然开发设计,也分为前端和后端。前端相对于后端投入成本更低,设计周期更快,因此很多小公司只做前端设计,后端同样会找专业的后端公司进行设计实现。

IDM:IDM 就是指既能够自行设计、也能够自行生产的芯片厂商,世界上有这种能力的不多,我们熟知的只有三星(SAMSUNG)和英特尔(Intel)。对于高通这样有实力的公司没有涉足IDM也会很多人会想不通,相信随着高通的收并很可能会打造自己的整条产业链。

Wafer:晶圆。

Die:晶圆切割后,单个芯片的晶圆,这个需要加上封装好的外壳才能能变成芯片。

Chip:最后封装后的芯片。

(7条消息) 傻白入门芯片设计,wafer/die/chip/cell(一)_好啊啊啊啊的博客-CSDN博客

Bump:bumping指凸点。在wafer表面长出凸点(金,锡铅,无铅等等)后,(多用于倒装工艺封装上,也就是flip chip)。

Wire bonding:打线也叫Wire Bonding(压焊,也称为绑定,键合,丝焊)是指使用金属丝(金线、铝线等),利用热压或超声能源,完成固态电路内部接线的连接,即芯片与电路或引线框架之间的连接。

(7条消息) 傻白入门芯片设计,芯片键合(Die Bonding)(四)_好啊啊啊啊的博客-CSDN博客

Flipchip:Flip chip又称倒装片,是在I/Opad上沉积锡铅球,然后将芯片翻转加热利用熔融的锡铅球与陶瓷基板相结合。

(7条消息) 傻白入门芯片设计,先进封装技术(五)_好啊啊啊啊的博客-CSDN博客

CP:直接对晶圆进行测试,英文全称Circuit Probing、Chip Probing,也称为晶圆测试,测试对象是针对整片wafer中的每一个Die,目的是确保整片wafer中的每一个Die都能基本满足器件的特征或者设计规格书,通常包括电压、电流、时序和功能的验证。可以用来检测fab厂制造的工艺水平。

FT:FT测试,英文全称FinalTest,是芯片出厂前的最后一道拦截。测试对象是针对封装好的chip,CP测试之后会进行封装,封装之后进行FT测试。可以用来检测封装厂的工艺水平。

Yield:良率,芯片的良率这个和工艺比较相关,芯片有一定几率失效,芯片越大,失效的几率也越大。

解释一下:为什么不直接做FT,而先做CP再做FT?这个是因为,CP针对晶圆,如果坏的Die就不用再去做封装了,省下封装的费用和基板的费用。为什么不只做CP,而忽略FT?这个是因为CP测试完毕后,在封装过程中还会引入芯片失效,所以还需要做FT来将失效的芯片去掉。这个是一个权衡的过程,如果芯片良率足够高,封装成本不敏感,CP测试省掉,直接做FT也是可以的,因为CP测试本身也是需要成本。这个就是计算良率的问题。目前来看,芯片行业整个供应链都很紧张,所以能够抢到产能,包括抢wafer,抢基板,这些对于芯片厂商来说,都是当下的最重要的事情。

三、IP

A:这次SoC芯片选的哪个vendor的IP?

B:S的。

A:S的据说不错,据说挺贵的,license要多少钱

B:200万刀。

A:正常价。

B:收不收loyalty。

A: 收,每个芯片额外0.5刀。

B:牛X

IP:这个对应芯片来说,就是一个完整的功能模块,早期的复制电路都是全定制,比如Intel的4004cpu,这种设计非常耗时。考虑到cpu的很多模块有相似的地方,能不能把这些东西模块化?于是就有了IP核的概念,Intelligent Property,即知识产权核。IP核是指芯片中具有独立功能的电路模块的成熟设计。芯片能够做的比较复杂,核心就是IP的复用。例如那些做成几千万门,几亿门的,都是IP复用才能可以的。如果有公司说全自主,没有用过别人的IP,这种公司要么最牛X,例如大家都知道Intel家,要么就是极其简单,ASIC。如果是做SoC大芯片这个领域,没有用过别家的IP,这个不太可信。例如模拟的高速serdes,PCIe,ddr,mipi等等,全部自己搞,产品周期就会很漫长。苹果的芯片也是先用了别人的IP,公司达到万亿美金产值,搞那么多人来自己搞替换。初创公司,不用外部IP,从0开始搞,这个不是思路,是绝路。一般是核心IP自己搞(也没有卖的),外围成熟IP有成熟就卖成熟IP,减少上市的时间,尽快迭代占了市场,逐渐核心替换,才是正常公司的思维。

vendor:就是IP供应商,IP vendor。

license:允许使用这个IP,IP的授权。

Loyalty:在用户使用这个IP后,需要按照每个芯片收钱。一般IP的license的费用和IP的loyalty的费用可以谈,如果量很大的话,license的费用就会比较低,loyalty的费用单片不高,但是如果量很大,最后就很可观,也有IP厂商不收license费用,最后只收loyalty的费用,这样IP厂商和芯片厂商的利益就绑在一起了。

SoC:片上系统,就是把CPU,总线,外设,等等放到一个芯片内部实现。我们台式机的存储器、电源模块、功耗管理模块等都是分开的,而SoC是将这些围绕CPU的关键模块集成在一个芯片上,这样才会有我们的笔记本、手机等小巧强大电子设备。

(7条消息) 傻白入门芯片设计,IP, MCM, SiP, SoC 和 Chiplet的区别(二)_好啊啊啊啊的博客-CSDN博客

四、技术

A: 你们项目的RTL freeze了吗?

B:freeze了,verification都差不多了。Power simlulation正在搞。

A:年底的shuttle应该没有问题吧

B:可能要delay,netlist还没有freeze

A:啥原因?

B:SDC还有点问题,后端反馈,timing没有clean;

A:那你们要抓紧了,需要去做merge,需要提前2周出gds。

B:是的,我们芯片分了10个模块单独harden,难度还是很大的。

A:牛X

RTL:register-transferlevel(RTL)是用于描述同步数字电路的硬件描述语言,不关注寄存器和组合逻辑的细节(如使用了多少逻辑门,逻辑门之间的连接拓扑结构等),通过描述寄存器到寄存器之间的逻辑功能描述电路的HDL层次。RTL级是比门级更高的抽象层次,使用RTL级语言描述硬件电路一般比门级描述简单高效得多。

Netlist:网表,RTL需要通过综合以后才能变成网表。

SDC:设计提供约束文件,综合工具需要这个约束文件才能将RTL转换成netlist。SDC主要描述内容包括:芯片工作频率,芯片IO时序,设计规则,特殊路径,不用check的路径等等。

Freeze:指设计冻结,不能再改动的了,例如RTL freeze ,就是代码冻结了,netlist freeze 就是网表冻结了,不能再改了。

Verification:芯片功能验证,目前主要指芯片验证方法论(UVM),主要通过验证两者RTL和reference model是不是一致,简称A=B。

Simulation:仿真, 仿真通常是生成波形,一般来说,芯片的功能,verification ,芯片的功耗,可以simulation,比较直观反应真实的场景。

Hardren:指某个IP以硬模块的形式来实现。如果芯片太大,可以把其中一部分来hardren,顶层就是几个harden模块像拼拼图一样拼起来,大型多核CPU一般都是这样做的,在版图上很容易看出来。

傻白入门芯片设计,芯片工程师常说的那些“黑话”(七)插图

从上图来看,这些四四方方的位置,都是单独harden后,在芯片顶层拼起来的。单独harden的好处是,可以多个芯片后端设计团队并行设计,大家同时设计,设计完毕,拼接一下就行。如果有问题的话,直接改某个模块,而不用整个芯片都返工。当然,改完某个模块后,面积还要保持一致,否则就拼不进去了,改完了后,整个顶层也要重新跑一遍流程。这个就是大芯片难度大的原因,也容易delay(延期);大芯片的设计难度明显比小芯片设计难度大,周期也长。大芯片类似大电影,需要大咖,大制作,灯光,道具,剧本,人员,后期,等等;小芯片类似小视频,都是芯片,其中的复杂程度,协同程度,需要人力,物力,财力都是完全不同的。现在有个问题:大芯片赚钱,还是小芯片赚钱?这个也不一定,你见过几亿拍的大片,没几个人看,亏得一塌糊涂,而一个人拍的小视频也可以火遍全网。但是,大芯片是能力,国之重器,非常重要。

GDS:netlist经过后端工具编程版图,而版图提交给流片厂家(foundry)的就是GDS II。

Merge:就是讲单独hardren的模块,拼接进去。

merge这个是IP厂商保护IP的一种手段,一般放在foundry的专门的merge room中,才能进行。这样芯片厂商最终需要去foundry厂商那里拼接完成,得到最终的GDSII。

delay: 延期,这个次是芯片工程师最不愿意的词了,也是最经常碰到的词,一个环节不慎,就要delay,这个意味着问题出现,成本增加,周期加长。

综上:

上面是比较常用的一些“黑话”。当然芯片工程师的“黑话”,远不止于此。就像斯皮尔伯格导演《猫鼠游戏》里的莱昂纳多一样,他伪装成记者和一个资深飞行员套话,记住了这些黑话,就能伪装成一个飞行员,从而成功的登上飞机。而知道上面这些芯片工程师的“黑话”,还远不能混为一个芯片工程师。由于芯片分工太细,很多芯片工程师对于这些不同工序的黑话,也不能全部知道。这个就类似我们讨论芯片的时候,芯片流程太复杂,以至于很难看清全貌。

世界已经变了。分工越来越细,只能管中窥豹。世界如此,芯片也如此。

参考资料:

芯片工程师常说的那些“黑话”_腾讯新闻 (qq.com)
(7条消息) RTL概念与常用RTL建模_lzhang97的博客-CSDN博客_rtl

芯片企业:Fabless,foundry,IDM区别 – 知乎 (zhihu.com)

降低芯片流片失败风险的"七种武器" – 知乎 (zhihu.com)

原文链接:http://www.taodudu.cc/news/show-5774636.html

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