Bài viết này dành riêng cho chúng ta sinh viên chăm ngành năng lượng điện tử, công nghệ máy tính, hệ thống nhúng hoặc viễn thông mong muốn hiểu cơ phiên bản về ngành "thiết kế vi mạch. "Cần đề xuất học hầu như môn như thế nào để hoàn toàn có thể làm về lĩnh vực xây cất vi mạch nói tầm thường và thi công vi mạch số nói riêng?" là câu hỏi mà nhiều bạn sinh viên băn khoăn. Trong bài viết này, tác giả nỗ lực trình bày mọi kinh nghiệm bản thân để chúng ta sinh viên xem xét ngành kiến tạo vi mạch hoặc kiến thiết mạch tích thích hợp ( Integrated Circuit Design, VLSI design) hoàn toàn có thể tham khảo và triết lý nghề nghiệp sớm.

Bạn đang xem: Thiết kế vi mạch số


Thiết kế vi mạch (Integrated circuit design xuất xắc VLSI design) là 1 ngành chăm nghiên cứu, cách tân và phát triển và sản xuất các chip điện tử, còn gọi là mạch tích hợp (IC - Integrated Circuit).
*
Hình 1: chip điện tử (vi mạch)

Để tạo thành một cpu (vi mạch) đề nghị rất nhiều công đoạn khác nhau. Các quy trình này rất có thể được phân làm hai nhóm mập là thiết kế/phát triển (design/development) và cung ứng (manufacturing). Hai nhóm phệ này bao gồm rất nhiều bước khác nhau, mỗi bước yêu mong một lượng kiến thức và kỹ năng và kỹ năng nhất định khác các bước còn lại, trường đoản cú đó tư tưởng "vị trí công việc" (job) của những bạn.
Hiện tại, làm việc Việt Nam, những công ty về nghành nghề dịch vụ vi mạch đông đảo chỉ có tác dụng về thiết kế/phát triển, không có ngẫu nhiên công ty cung cấp vi mạch nào. Nguyên nhân chính là vì những nhà máy cung cấp vi mạch cần phải có sự đầu tư lúc đầu rất lớn với không ít máy móc, thiết bị mắc tiền; kiến thiết xây dựng đơn vị máy tinh vi và nguồn nhân lực có kỹ thuật, kinh nghiệm tay nghề cao vận hành. Các nhà máy cung cấp vi mạch hiện này triệu tập ở một vài nước phát triển như Đài Loan (TSMC, UMC), Mỹ (GlobalFoundries), Nhật phiên bản (Toshiba, Hitachi), hàn quốc (Samsung, SK Hynix), trung quốc (SMIC, CSMC), ...
Trong lúc đó, công ty thiết kế/phát triển chỉ việc giải quyết nhị yếu tố đặc biệt quan trọng là bạn dạng quyền ứng dụng và nguồn nhân lực nên túi tiền đầu tư thuở đầu thấp hơn. Công ty chỉ xây dựng và phát triển không sản xuất call là Fabless (Fabrication-less).

Xem thêm:


*
Hình 2: top 10 doanh nghiệp Fabless năm 2017 (nguồn IC Insights)

Công ty đa số dựa trên đơn mua hàng sản xuất từ những công ty khác, số đông không tự xây dựng chip, hotline là Pure-play Foundry.Công ty vừa sản xuất chip cho những công ty dị kì vừa thiết kế/phát triển cpu của riêng rẽ mình gọi là doanh nghiệp IDM (Integrated Device Manufacturer) Foundy hoặc IDM.
*
Hình 3: vị trí cao nhất 10 doanh nghiệp Foundry năm 2017 (nguồn IC Insights)

*
Hình 4: Các mô hình công ty trong nghành nghề vi mạch, phân phối dẫn (semiconductor)

Công ty liên doanh giữa công ty fabless và foundry điện thoại tư vấn là mô hình công ty fabless-foundry. Mục tiêu liên doanh của các công ty này là tận dụng lợi thế của hai bên để phát triển sản phẩm giỏi nhất.
Như sẽ nói sinh hoạt trên, ở việt nam hiện trên chỉ có những công ty về nghiên cứu/phát triển (Fabless) nên các bước chủ yếu dành riêng cho các bạn cũng nằm ở những khâu nghiên cứu/phát triển.
*
Hình 5: các job chính của ngành xây cất vi mạch số tại Việt Nam
Font-End designer:1. IC Designer:Phân tích phong cách xây dựng hệ thống, lõi IP. Ở đây, hệ thống được hiểu là 1 trong những SoC hoặc một chip hoàn hảo gồm những lõi IP kết nối với nhau.Làm tài liệu bộc lộ kiến trúc, tài liệu tế bào tả thi công (specification)Làm tài liệu giải đáp sử dụng xây cất (User guide or User Manual)Mô tả (viết) RTL code dùng ngôn ngữ mô tả phần cứng Verilog, VHDL hoặc ngữ điệu mô tả hệ thống System Verilog, SystemCKiểm tra kiến tạo mức cơ bạn dạng bằng các phần mềm chuyên dụngKiểm tra cú pháp (syntax)Kiểm tra luật xây cất (design rule)Mô phỏng xây đắp khi không gắn với hệ thống (unit test)
Phân tích chiến lược kiểm tra một kiến thiết hoặc hệ thống (verification strategy): Các công dụng của kiến thiết sẽ được kiểm tra bằng cách nào? cách thức kiểm tra? làm thế nào để bảo đảm toàn bộ kiến thiết được kiểm tra không thiếu thốn (coverage)?Xây dựng môi trường thiên nhiên kiểm tra xây cất hoặc hệ thốngViết các testcase, testbench nhằm kiểm traDebug (gỡ lỗi) trong quá trình kiểm tra thiết kếKiểm tra kết quả, đối chiếu kết quả
1. Synthesis engineer (Công câu hỏi này thường chia thành nhiều công đoạn và hoàn toàn có thể được thực hiện 1 phần bởi Front-End designer và 1 phần bởi Back-End designer)
Xây dựng môi trường tổng hợpTổng hợp xây đắp tạo ra netlist trường đoản cú RTL codeKiểm tra tính tương đương giữa RTL và gate sau khi synthesis (Equivalence Checking)Phân tích timing (STA)Phân tích, debug các lỗi về timing, thiết kế rule
Phân tích, xây dựng logic DFT cho cpu như MBIST/LBIST/SCAN/BSTạo thử nghiệm plan và demo patternTạo các DFT constraintPhân tích cùng debug lỗi DFT
Thiết kế planning tạo nên floorplanPlacementTổng thích hợp cây clock CTS (Clock Tree Synthesis)RoutingKiểm tra DRC cùng LVS
Hiện nay nhiều trường đh có khoa điện-điện tử, điện tử viễn thông hoặc khoa technology đều giảng dạy các kiến thức cơ bạn dạng liên quan lại đến technology vi mạch, mạch tích thích hợp (integrated circuit) hoặc buôn bán dẫn (semiconductor). Các bạn cũng có thể tham khảo thông tin ở một trong những trường sau:
Một số trường làm việc miền Nam:Đại học Bách Khoa TP. HCMĐại học tập Khoa học tự nhiên TP. HCMĐại học technology Thông tin TP. HCMĐại học Sư phạm nghệ thuật TP. HCMĐại học tập Tôn Đức ThắngĐại học yêu cầu ThơĐại học công nghiệp hoa màu (khoa điện-điện tử gồm dạy về lập trình sẵn nhúng FPGA với Verilog HDL)Một số trường sinh sống miền Trung:Đại học tập Bách khoa Đà NẵngĐại học Duy TânMột số trường làm việc miền BắcĐại học Bách khoa Hà NộiĐại học Công nghiệp Hà NộiĐại học tập Lê Quý Đôn (Học viện chuyên môn quân sự)Đại học Công nghệ, Đại học giang sơn Hà Nội
Các môn học và kiến thức hỗ trợ tại từng trường cũng có sự khác biệt và cân nặng môn học nhiều làm nhiều bạn khó hình dung nên học gì? học như vậy nào? hoặc mất nhiều thời gian nhằm tìm hiểu. Ở đây, tác chia thành 4 nhóm kiến thức các bạn cần tập trung đầu tư học để hối hả hòa nhập với các bước sau khi ra trường. Mới mỗi đội kiến thức, người sáng tác sẽ phân tích và lý giải tại sao đề xuất học? cùng học để triển khai gì? từ đó cạn các bạn hãy so sánh với đề cương những môn học tập trong trường để chọn lựa học tập.
*
Hình 6: Tổng hợp các kiến thức cơ bản cần đến ngành vi mạch
Nhóm kiến thức cơ bản: làm nhóm kỹ năng chung của ngành điện tửKiến thức về mạch điện cùng mạch điện tử: Những nguyên tắc và chuyển động cơ bạn dạng của mạch năng lượng điện là kiến thức và kỹ năng nền tảng cung ứng bạn hiểu, phân tích các hiện tượng, thông số kỹ thuật điện.Kiến thức về linh phụ kiện điện tử: cpu cũng chỉ là 1 trong loại linh kiện điện tử. Việc hiểu về các linh kiện điện tử sẽ hỗ trợ tốt trước lúc học sâu rộng về vi mạch.Kiến thức về vi điều khiển, vi xử lý: những chip SoC hiện thời đều bao gồm lõi vi xử lý bên trong nên kiến thức này thường xuyên rất liên quan đến nhiều job trong nghành vi mạch. Bài toán học về vi xử lý nào không đặc biệt khi bạn mới bước đầu nên chớ hoang mang lý do thế giới hay cần sử dụng ARM cơ mà trường lại dạy dỗ về 8051? Cái bạn cần là hiểu về cấu trúc, vận động và sử dụng. Sau đó, bài toán mở rộng tò mò các lõi vi xử trí khác là dễ dàng dàng.Kiến thức về thiết kế với ngữ điệu Assembly cùng C mang lại vi điều khiển và vi xử lý: những chip SoC đều có lõi vi xử lý phía bên trong thì nếu bạn làm quá trình kiểm tra khối hệ thống hay lõi IP trong hệ thống thì cần sử dụng kỹ năng này để tạo ra các demo kiểm tra. Sát bên đó, các bạn sẽ có được cái nhìn của một user (người sử dụng chip) để khi kiến thiết một lõi IP hay chip SoC, các bạn sẽ phải nghĩ đề nghị làm nắm nào nhằm user có thể sử dụng tác dụng và dễ dãi nhất.Nhóm kiến thức trình độ chung: là mọi kiến thức phục vụ trực tiếp cho các bước thiết kế vi mạch. Dù chúng ta làm công việc chuyên môn nào cũng cần nên biết.Kiến thức về quy trình thiết kế vi mạch (design flow): Tuy chúng ta không làm cho hết tất cả nhưng tổng quan rất cần phải nắm để biết công việc mình có tác dụng liên quan như thế nào các công việc khác.Kiến thức về các thành phần lô ghích (logic component) như AND, OR, XOR, NOT, AOI, OAI, Flip-Flop, Latch, ... để chúng ta có thể mô tả specification của thiết kế, hiểu hoạt động vui chơi của thiết kế, netlist của thiết kế, ...Kiến thức về kiến thiết mạch số (digital logic circuit design):Mạch tổng hợp (combinaltional circuit)Mạch tuần từ bỏ (sequential circuit)Máy tâm lý (FSM - Finite State Machine)Đại số Boolean, bìa KarnaughKiến thức về CMOSHoạt rượu cồn của CMOSCấu tạo của các cổng xúc tích và ngắn gọn theo mô hình CMOSKiến thức về ngữ điệu lập trìnhNgôn ngữ miêu tả phần cứng Verilog, VHDL, System Verilog nhằm đọc hiểu và miêu tả RTL code của thiết kếNgôn ngữ xây đắp phần cứng mức cao SystemCNhóm kiến thức và kỹ năng chuyên sâu so với từng các bước cụ thểIC DesignerCấu trúc BUS khối hệ thống và những giao thức BUS phổ biếnCác kỹ thuật xây cất như kiến thiết đồng bộ, thi công bất đồng bộ, kiến tạo nhiều miền xung clock, kiến tạo tần số cao, xây cất công suất thấp, ...IC VerifierKiến thức về các phương pháp kiểm tra kiến thiết như mô phỏng (simulation) hay chất vấn formal (formal verification)Ngôn ngữ thi công và mô phỏng System Verilog (đã bao hàm Verilog) hoặc SystemC để xây dựng môi trường xung quanh mô rộp và diễn đạt RTL code của thiết kếPhương pháp mô phỏng UVM (Universal Verification Methodology) - có nhiều phương thức mô phỏng không giống nhau nhưng phương thức này là cách thức phổ phát triển thành và mới nhất. Thư viện UVM được kiến thiết trên ngôn ngữ System Verilog.Hiểu về VIP (Verification IP) - VIP là những mô hình được kiến tạo sẵn vì chưng nhiều nhà cung cấp khác nhau để cung cấp mô rộp thiết kế.Phân tích waveform - là kỹ năng cần thiết và đặc trưng phục vụ cho debugBack-End DesignerKiến thức về quy trình xây cất vật lý (physical kiến thiết flow) với custom designThư viện technology (technology library)Kiến thức về so với timing tĩnh (STA - Static Timing Analysis)Kiến thức về DFT (Design For Test)Sử dụng phần mềm công nghệ: Đối với Back-End Designer vấn đề hiểu, cấu hình đúng phần mền; thiết lập các constraint đúng và đủ là rất đặc biệt quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến unique của phiên bản thiết kế Back-end như netlist, Layout.Nhóm kỹ năng hỗ trợNgôn ngữ kiến tạo và tế bào phỏng khối hệ thống SystemC nhằm xây dựng môi trường xung quanh mô bỏng và mô tả thiết kế. Hiện nay, với điểm mạnh giúp vượt trình xây cất và mô bỏng nhanh hơn, SystemC đang được sử dụng càng ngày càng phổ biến. Code tế bào tả xây dựng bằng SystemC gồm thể đổi khác được thành RTL code (Verilog hoặc VHDL) bằng ứng dụng chuyên dụng.Kiến thức về nền tảng Linux vì những phần mềm chuyên được sự dụng chạy trên nền tảng gốc rễ này việc hiểu một ít về Linux, như thiết lập phần mềm, cấu trúc sắp xếp thư mục, nguyên lý gọi và chạy phần mềm, sử dụng lệnh và làm việc trên terminal, ... Vẫn là những kỹ năng gắn liền với quá trình của các bạn mỗi ngàyKiến thức về các editor như VI, VIM vị khi áp dụng Linux, các các bạn sẽ thao tác thiết yếu trên những editor nàyNgôn ngữ script như Perl, C-shell vì bạn sẽ sử dụng nhà yếu các công rứa viết bằng các ngôn ngữ này để triển khai việc. Mục tiêu chính của những script là giúp đỡ bạn rút ngắn thời gian thao tác làm việc bằng cách tự động hóa các quá trình "tay chân".Kiến thức về FPGA: FPGA thì tương quan gì mang đến vi mạch? Khi áp dụng FPGA bạn cũng biến thành làm các các bước như thiết kế, RTL coding, tế bào phỏng, tổng hợp, so sánh timing, ... Tuy kiến tạo trên FPGA bao gồm khác với kiến tạo ASIC dẫu vậy các các bạn sẽ học được không ít khái niệm thuật ngữ, năng lực chung như bên kiến thiết ASIC.
*
Hình 7: những kiến thức hỗ trợ cần phải biết khi làm trong ngành thi công vi mạch