1. 緒論

經(jīng)過了立項(xiàng)和規(guī)格和計(jì)劃的確認(rèn)，此處我們開始講芯片設(shè)計(jì)。

這個(gè)內(nèi)容就挺多了，也可能是大家最關(guān)心的一個(gè)部分，可能要分幾次講。在整個(gè)流程中處于這位置。

此處由于我自己還是對(duì)數(shù)字芯片系統(tǒng)更了解，所以按數(shù)字的來。模擬芯片的設(shè)計(jì)流程后續(xù)有精力或者請(qǐng)個(gè)大佬補(bǔ)個(gè)概述。芯片的設(shè)計(jì)流程還是比較長的，我們先來個(gè)birdmap。這個(gè)圖很復(fù)雜，看不懂的名詞不要慌，我會(huì)一步一步講。

2. 算法設(shè)計(jì)

我們先來講第一部分，這個(gè)部分其實(shí)比較簡單。所以就在此處講講，后續(xù)不再單獨(dú)開章節(jié)來講這個(gè)東西。芯片最終還是算法的一種加速。如果一個(gè)東西你用C++都實(shí)現(xiàn)不了，芯片怎么可能實(shí)現(xiàn)。第一步就是算法。

算法實(shí)現(xiàn)其實(shí)有兩個(gè)步驟的。為什么有兩個(gè)步驟呢，這就涉及到浮點(diǎn)和定點(diǎn)的區(qū)別。浮點(diǎn)精讀高，但是硬件實(shí)現(xiàn)代價(jià)大，定點(diǎn)成本低，硬件實(shí)現(xiàn)代價(jià)小。一般先設(shè)計(jì)浮點(diǎn)算法，然后再犧牲一點(diǎn)精度，搞成定點(diǎn)算法。

浮點(diǎn)算法設(shè)計(jì)浮點(diǎn)算法偏重于功能，由于浮點(diǎn)精度高，最原始的功能一般會(huì)用浮點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。比如你要整一個(gè)AI芯片，你首先得用pytorch或者tensorflow訓(xùn)練出一個(gè)浮點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，看看效果是不是還行，能不能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)正常的功能。算法鏈路先測(cè)試好了后續(xù)才能用芯片加速。浮點(diǎn)算法一般由純軟件工程師設(shè)計(jì)的。他們并不需要知道硬件實(shí)現(xiàn)，只需要對(duì)功能的正確性負(fù)責(zé)即可。

定點(diǎn)算法設(shè)計(jì)定點(diǎn)算法就是找個(gè)位置，把浮點(diǎn)中的指數(shù)為給歸一了。精度是肯定會(huì)損失的，但是換來了硬件設(shè)計(jì)的簡單。這個(gè)也容易理解，用芯片算一個(gè)3.5+0.025和用芯片算一個(gè)3500+25復(fù)雜程度完全不一樣啊。為了平衡精度和定點(diǎn)位寬，此處定點(diǎn)化可以有各種門道，比如采用批處理的定點(diǎn)化，一部分?jǐn)?shù)據(jù)采用一個(gè)定點(diǎn)位置，另一部分?jǐn)?shù)據(jù)采用另一個(gè)定點(diǎn)位置等等?？傊褪牵@一步實(shí)現(xiàn)的是如何用最小的定點(diǎn)位寬，在精度可接受的前提下實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)的算法。

3. 前端設(shè)計(jì)

和其他一些復(fù)雜的東西類似，比如編譯器，網(wǎng)站等等類似，芯片設(shè)計(jì)也有前端和后端之分，前端到網(wǎng)表，后端到版圖。

前端主要包含4個(gè)步驟：文檔設(shè)計(jì)、編碼、驗(yàn)證、前端實(shí)現(xiàn)。主要就是從設(shè)計(jì)需求到網(wǎng)表的一個(gè)流程。

4. 后端設(shè)計(jì)

這個(gè)步驟，主要是把網(wǎng)表整成我們最后的版圖。可以直接丟給代工廠生產(chǎn)了。

一共7個(gè)步驟。此處給個(gè)概述，后面專門寫文章介紹。

準(zhǔn)備：這一個(gè)步驟中準(zhǔn)備主要是準(zhǔn)備一些庫文件，前端準(zhǔn)備好的網(wǎng)表，劃分好harden, 然后穿線。

設(shè)計(jì)規(guī)劃：設(shè)計(jì)規(guī)劃主要是擺放一些大件，比如memory硬核，IO PAD, 電源網(wǎng)絡(luò)等等，方便下一個(gè)步驟擺放小單元。

布局：這個(gè)步驟就把具體的單元擺放到版圖上。

綜合時(shí)鐘：把時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)擺放好，保證到各個(gè)地方的長度都差不多。

布線：真正把線聯(lián)通。此處會(huì)通過STA，不斷調(diào)整布局以及routing。

ECO:版圖搞定后，需要工程師手動(dòng)修一些東西。

芯片收尾：加入dummy, filler cells等等，讓密度滿足光刻需求。

最后驗(yàn)證：交芯片前，最后再驗(yàn)證一把。主要包含了后仿，形式驗(yàn)證，物理驗(yàn)證。

這7個(gè)步驟完成以后，就可以交版圖給代工廠了，接下來就是等芯片回片。

最后的輸出大概這設(shè)個(gè)樣子的。

5. 總結(jié)

本篇內(nèi)容是芯片設(shè)計(jì)的提綱。這個(gè)階段的輸入是設(shè)計(jì)需求，輸出是芯片版圖。設(shè)計(jì)主要涉及到3方面的內(nèi)容，算法設(shè)計(jì)，芯片前端設(shè)計(jì)，芯片后端設(shè)計(jì)。一整個(gè)流程很長，至此芯片的設(shè)計(jì)過程就結(jié)束了，下一個(gè)過程就是制造！

審核編輯 ：李倩