數字IC前端設計+后端設計流程實現

一、IC 前端設計流程（RTL to Gate-Netlist）

1、 芯片架構 ：考慮芯片定義。

2、 RTL 設計 ：芯片功能設計。硬件描述語言如 Verilog、VHDL、SystemVerilog。

3、 功能仿真 ：驗證芯片功能設計的正確性。EDA 工具如 Synopsys 的 VCS、Cadence 的 NC-Verilog、Mentor 的 ModelSim。

4、 邏輯綜合 ：將 RTL 轉換成門級網表 Gate Netlist；邏輯綜合要指定基于的庫、工藝，設定約束條件。綜合之前的仿真為前仿真，綜合之后的仿真為后仿真，所以這里還需要一個后仿真。EDA 工具如 Synopsys 的 Design Compiler、Cadence 的 Genus。

5、 靜態時序分析（STA） ：檢查建立時間（Setup）和保持時間（Hold）是否違例（Violation）。EDA 工具如 Synopsys 的 PrimeTime。

6、 形式驗證 ：在功能上，對綜合后的網表進行驗證。通過等價性檢查（Equivalence Check）方法，以功能驗證后的 HDL 設計為參考，對照綜合后的網表功能，檢查是否在功能上存在等價性，從而保證在邏輯綜合過程中沒有改變原先 HDL 描述的電路功能。EDA 工具如 Synopsys 的 Formality、Cadence 的 Conformal。

二、IC 后端設計流程（Gate-Netlist to GDSII）

作為 IC 設計的后端納米工藝 VLSI 物理設計與實現流程詳解文檔，包括了 Cadence Genus 綜合技術，物理設計與實現流程，RTL - to - GDSII 流程，讓你了解庫文件（網表庫、時序庫、物理庫）、RTL 文件、時序約束文件、綜合、平面布局規劃（芯片大小、IO、電源規劃、宏單元、布線光暈、擺放塊等等）、擺放、布線（實驗布線、特殊布線、真實布線）、時鐘樹綜合（預時鐘樹和后時鐘樹綜合）、時序分析、時序修正、電源分析、信號完整性分析、金屬填充、物理驗證、代工廠 Tapeout 等等。

0、 綜合 Synthesis ：將硬件描述語言轉化成門級網表，即 RTL - to - Netlist。（這里隸屬于前端，所以，以 0 表示）EDA 工具為 Cadence 的 Genus，輸入文件為 .V + .LIB + .SDC（RTL 設計文件、工藝庫文件、時序約束文件）。

1、 設計輸入 Design Import ：輸入文件為網表庫（.V）+ 時序庫（.LIB）+ 物理庫（.LEF）+ 時序約束文件（.SDC）+ IO 文件（.IO）+ 可選文件如規劃布局文件（.FP）、工藝文件（.QRC）、版圖文件（.GDS）、時鐘樹規范文件（.SPEC）、掃描鏈信息等等。

2、 平面布局規劃 Floorplan ：包括芯片大?。―ie Size）的規劃、I/O Pad 規劃、宏單元（Macro）以及大量硬核或模塊（Hard Cores、Hard Blocks）的規劃等等，是對芯片內部結構的完整規劃和設計。其中，電源規劃是給整個芯片的供電設計規劃出一個均勻的網絡。Power Ring（電源環）指為了均勻供電，包圍在芯片周圍的環形供電金屬，實現穩定供壓的作用；Power Strips（電源條）指芯片內部縱橫交錯的 Power Grids（電源網格），主要是防止 IR Drop（電壓降），也就是電路中有過高的壓降會導致器件運行速度很慢；

3、 掃描鏈定義 Scan Chain ：掃描鏈（Scan chain）是可測試性設計（DFT）的一種實現技術；它通過植入移位寄存器（Shift Register），使得測試人員可以從外部控制和觀測電路內部觸發器的信號值，從而使得設計具有可控性和可觀察性。

4、 擺放 Placement ：平面布局規劃后，宏單元、I/O Pad 的位置和放置標準單元的區域都已確定，Placement 是將設計中的所有標準單元和塊擺放到 Floorplan 的設計中；

5、 時鐘樹綜合 Clock Tree Synthesis ：通過插入緩沖器 Buffer 減小負載和平衡延時（主要是針對時鐘偏差，能夠消除 Clock Skew），時鐘網絡及其上一級一級的緩沖單元構成了時鐘樹；

6、 靜態時序分析 STA Static Timing Analysis ：時鐘樹插入之后，每一個單元的位置都確定下來了，工具可以提出 Global Route 形式的連線寄生參數，此時對延時參數的提取就比較準確了；然后通過 EDA 工具指定提取模式如 RC 提取模式、指定延時計算模式等等來進行建立時間與保持時間分析；如果發生時序違例，那么則返回上一層設計，通過修改設計等等使其滿足時序要求，從而達到時序收斂。通常，時序違例在不同的階段有著不同的數目，如下所示：

時序違例在不同的階段的不同數目

7、 布線 Routing ：指的是在滿足工藝規則和布線層數限制、線寬、線間距限制和各線網可靠絕緣的電性能約束的條件下，根據電路的連接關系將各單元和 IO Pad 用互連線 Interconnect 連接起來；通俗地講，就是將 Placement 擺放后的模塊連接起來。Trial Route，實驗布線，是一種快速的全局布線。Special Route，特殊布線，簡稱 SRoute，連接 Power Structure 的 Router。NanoRoute，真實布線，是一種 Smart Routing，大致分為 Global Route（全局走線）和 Detail Route（詳細走線）。PR 的 EDA 工具如 Synopsys 的 IC Compiler、Cadence 的 SoC Encounter 和 Innovus。

8、 信號完整性 SI Signal Integrity ：指的是分析信號在傳輸路徑上的質量。信號完整性主要表現在延遲、反射、串擾、時序、振蕩等幾個方面。

9、 金屬填充 Metal Fill ：指的是在設計中添加金屬線形狀以滿足 Foundary 廠金屬密度規則的過程，如 Dummy Metal。另外，還有 Filler 的插入，如 Pad Filler 和 Cell Filler；Filler 指的是標準單元庫和 I/O Pad 庫中定義的與邏輯無關的填充物，用來填充標準單元和標準單元之間、I/O Pad 和 I/O Pad 之間的間隙。

10、 物理驗證 Physical Verification ：主要有連線 Connectivity、金屬密度 Metal Density、幾何形狀 Geometry、過程天線 Process Antenna 等一些驗證要素。DRC（Design Rules Check）是對芯片版圖中的各層物理圖形進行設計規則檢查；LVS（Layout VS Schematic）是為了檢查版圖文件功能與原有電路設計功能的一致性，從而將版圖與網表進行比較。

11、 流片 Signoff ：指的是成功完成 IC 設計的所有檢查和驗證的一個標志。