1 緒論

這是芯片設(shè)計(jì)的第二個(gè)步驟。規(guī)格(spec)與計(jì)劃(plan)確定。我們?cè)诹㈨?xiàng)一文中講過，當(dāng)時(shí)要解決的問題是我們要不要做。如果我們確定了要做，接下來就是要解決怎么做的問題。

在這個(gè)階段我們主要做兩件事，規(guī)格的確定與計(jì)劃的敲定。俗話說，凡事預(yù)則立，不預(yù)則廢。由于芯片從立項(xiàng)到上市其實(shí)流程非常長，如果在真正動(dòng)手設(shè)計(jì)芯片之前沒有一個(gè)完善的spec和plan，最后做出來的東西必然走形嚴(yán)重。

主要內(nèi)容如下。

其實(shí)看名字就知道這個(gè)步驟是干啥的。主要分為兩個(gè)步驟，確定規(guī)格，以及確定計(jì)劃。

確定規(guī)格：立項(xiàng)只是確認(rèn)了芯片的商業(yè)需求，這個(gè)步驟就是把商業(yè)需求轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)需求。

計(jì)劃確認(rèn)：確認(rèn)各種時(shí)間計(jì)劃，以及后續(xù)的各種操作。詳細(xì)內(nèi)容見后文。

2 確定規(guī)格

我們先來講第一個(gè)內(nèi)容，規(guī)格的確認(rèn)。規(guī)格決定了芯片未來的樣子。

我們立項(xiàng)的時(shí)候的輸出應(yīng)該是商業(yè)上的需求。比如我們做個(gè)震動(dòng)檢測(cè)的AI芯片，支持CNN網(wǎng)絡(luò)，要跑到多少幀。此處我們需要把這些商業(yè)上的東西分解成真正可以設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的規(guī)格。主要是四個(gè)方面內(nèi)容。

2.1 軟硬件劃分及寄存器定義

這個(gè)部分我理解應(yīng)該是第一個(gè)要完成的，否則后續(xù)的功能點(diǎn)沒辦法確認(rèn)下來。一般的芯片大致有以下組成方式。一種是SOC類型的，另一種是外掛外設(shè)型（套片）的。我們以RISC-V核和AI核組成的AI系統(tǒng)來舉例子。

無論是哪種辦法，都涉及到軟硬件接口劃分的問題。為什么要做軟硬件劃分以及寄存器定義呢？主要還是靈活性、工作量以及能效方面的權(quán)衡。任務(wù)用C語言寫，在CPU上做性能和能效都比較低，但靈活性非常高，只要CPU本身不出錯(cuò)，軟件出錯(cuò)了流片后依舊能改。相應(yīng)的，用HDL（Verilog）實(shí)現(xiàn)的硬核能效是比較高的，但是一旦流片沒有辦法改，所以驗(yàn)證設(shè)計(jì)工作量都很大。

軟硬件如何劃分沒有統(tǒng)一的章法，主要就是根據(jù)實(shí)際情況，選定芯片的靈活度。不過大致都是遵循以下幾個(gè)規(guī)則：

·控制類的可以軟件做，較為靈活。數(shù)據(jù)計(jì)算類的硬件做，能效較高。

·以后可能升級(jí)的組件軟件做，靈活度大。以后大概率不動(dòng)的功能硬件做。

·只能串行的功能可以軟件做，可以很好并行化的任務(wù)硬件做

一般軟件(CPU核）和硬件（我們的芯片）之間的交互是通過寄存器交互的。有了軟硬件功能劃分以后，下一個(gè)重要的步驟就是確定一個(gè)配置寄存器列表，也就是開放給軟件的接口。這個(gè)東西后續(xù)是芯片datasheet最重要的組成部分。寄存器也分為幾種。大致上以下五個(gè)類別。

·只寫寄存器。只允許從CPU側(cè)寫。一般用于配置芯片。

·只讀寄存器。只用于從芯片側(cè)寫，一般用于上報(bào)一些信息給CPU。

·讀寫寄存器。CPU和我們的芯片兩側(cè)都能寫，用戶CPU和芯片交互，用于CPU和芯片共同維護(hù)一個(gè)信息。

·自復(fù)位寄存器。配置一個(gè)值，然后生效后自動(dòng)清零。這個(gè)主要用在軟復(fù)位上，也可以叫脈沖或者W1寄存器。

·ROM寄存器。一個(gè)固定的值，一般用來標(biāo)識(shí)一些版本信息什么的。

有了寄存器，再確定有幾個(gè)中斷即可。

設(shè)計(jì)好這幾類寄存器，形成一個(gè)表，這一步驟就完成了。同時(shí)軟硬件接口就定下來了。

2.2 芯片物理接口

上面說的軟硬件接口其實(shí)是一個(gè)比較抽象的概念，把寄存器當(dāng)做軟硬件交流信息的媒介。這個(gè)地方介紹的接口屬于物理接口，和外界的物理接口顯然要好用。有了軟硬件接口，設(shè)計(jì)需求以后芯片與外部的PAD基本就可以確定下來了，頂多后期可能會(huì)做一些小修小補(bǔ)。次出先把接口確定下來，方便后續(xù)PCB，測(cè)試方案等可以提前做起來。

2.3 硬件功能描述

有了芯片的軟硬家劃分和接口，芯片內(nèi)部具體要實(shí)現(xiàn)什么功能在這個(gè)地方就能定下來。分門別類的將商業(yè)需求逐條翻譯為硬件可實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)需求。這個(gè)地方可能就面臨著第一次需求的變更。有可能某個(gè)需求硬件實(shí)在是不好實(shí)現(xiàn)，或者實(shí)現(xiàn)起來代價(jià)非常大。這個(gè)時(shí)候需要和產(chǎn)品的人拉扯一下，看看能不能簡化需求，或者不做需求?？傊?，這一步以后會(huì)輸出經(jīng)過產(chǎn)品與設(shè)計(jì)認(rèn)可的詳細(xì)的芯片實(shí)現(xiàn)的功能表，后續(xù)設(shè)計(jì)人員直接按照這個(gè)表實(shí)現(xiàn)芯片。

這個(gè)步驟和2.2其實(shí)有點(diǎn)類似，屬于對(duì)應(yīng)的東西。特別是對(duì)于時(shí)延有較高要求的系統(tǒng)，比如通信系統(tǒng)等等，硬件性能要逐條列出來。舉個(gè)簡單的例子，處理224x224分辨率，使用3x3核心的Alexnet卷積網(wǎng)絡(luò)需要1ms?？偸蔷褪前研阅軐懬宄?，避免設(shè)計(jì)人員出現(xiàn)誤解。當(dāng)然也有可能硬件功能描述和硬件性能描述的人員都是同一批設(shè)計(jì)人員，這樣子的情況下仍然建議把這個(gè)描述寫清楚，方便產(chǎn)品的小伙伴check一下是不是有問題。

至此，spec的確定大體上就結(jié)束了，寫起來感覺幾千字就寫完了，但是實(shí)際上花的時(shí)間不少，相互拉扯也不少。此處spec的輸入是市場提供的原始需求，我們把它拆解成設(shè)計(jì)需求。有時(shí)候這個(gè)地方spec確認(rèn)也有營銷人員的參與。比如某個(gè)特性，可能實(shí)際沒什么用，但是就是能刷某個(gè)指標(biāo)，對(duì)后期宣傳或者拿到投資非常重要，營銷人員希望把這個(gè)特性加入進(jìn)去，這時(shí)候產(chǎn)品或者技術(shù)人員可能不愿意做，總覺得有點(diǎn)浪費(fèi)時(shí)間和生命，又是無數(shù)個(gè)加班的夜，就為了整這些虛頭巴腦的東西，有點(diǎn)想不通。但是其實(shí)有時(shí)候想想，從大局觀上來講，如果能做進(jìn)去還是做進(jìn)去吧，做市場的或者拉融資的也有自己的難處，也許短期目標(biāo)不一致，但長期目標(biāo)是一致的，芯片有噱頭，能PK掉競爭對(duì)手，能賣出去或者能拉到投資，做技術(shù)的一幫人才能有資金一稿一稿實(shí)現(xiàn)心中的美好。

扯遠(yuǎn)了，接下來就開始確定計(jì)劃了。

3 確定計(jì)劃

我們首先來回答一個(gè)問題，為什么要確定計(jì)劃？我們用下面這個(gè)圖來解釋一下。這個(gè)圖是當(dāng)時(shí)寫文章的時(shí)候最喜歡的一張圖，生動(dòng)形象又深以為戒。

即使有嚴(yán)密的deadline, 仍然在流片前不免趕工，不用說計(jì)劃做不好實(shí)際會(huì)出現(xiàn)什么情況。

計(jì)劃確認(rèn)大約有這么些個(gè)流程，實(shí)際上應(yīng)該更復(fù)雜，如果有什么缺的歡迎大家交流。主要目的就是確認(rèn)當(dāng)前芯片及后續(xù)系列芯片的計(jì)劃。主要內(nèi)容包含技術(shù)的計(jì)劃與市場的計(jì)劃兩個(gè)方向。

3.1 技術(shù)計(jì)劃

開發(fā)時(shí)間節(jié)點(diǎn)計(jì)劃這個(gè)是最傳統(tǒng)意義上的計(jì)劃。芯片這種東西開發(fā)時(shí)間都很長，市場不可能無限的等，所以明確的時(shí)間節(jié)點(diǎn)計(jì)劃是比較重要的。這個(gè)計(jì)劃要標(biāo)明各個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間。RTL代碼完成50%， 完成90%，完成100%（這個(gè)不同公司叫法不一樣，比如有些公司多10%這個(gè)結(jié)點(diǎn)，還有公司叫85%，95%什么的，都指的一個(gè)意思，不要在意細(xì)節(jié)），DC完成, 驗(yàn)證完成，后端完成，TO時(shí)間。每個(gè)時(shí)間點(diǎn)都要明確，而且盡量不要讓前端拖時(shí)間，因?yàn)門O的時(shí)間是確定的，意味著后端時(shí)間無法再拖，前端拖太久時(shí)間會(huì)導(dǎo)致后端時(shí)間不大夠。這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)不同公司應(yīng)該要求的不一樣，比如NVNIDA的卡，大約兩年出一代新的，各個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)就要按照這個(gè)節(jié)奏來。比如高通或者蘋果，一年出一代，也同樣按照節(jié)奏來。

驗(yàn)證時(shí)間節(jié)點(diǎn)計(jì)劃 驗(yàn)證計(jì)劃要稍微比測(cè)試計(jì)劃晚一點(diǎn)。但是還是有各種時(shí)間和策略需要在計(jì)劃階段就確定。EDA驗(yàn)證的時(shí)候設(shè)計(jì)幾個(gè)UT, 幾個(gè)IT。測(cè)試時(shí)間點(diǎn)是什么，UTITST各個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)是什么，要不要用FPGA驗(yàn)證，要不要用emulator驗(yàn)證等等。做驗(yàn)證的同事們應(yīng)該非常專業(yè)，歡迎大家補(bǔ)充一下這塊內(nèi)容。

版本升級(jí)路徑規(guī)劃 這個(gè)也是一個(gè)比較重要內(nèi)容。由于硬件設(shè)計(jì)的成本是巨大的，所以在設(shè)計(jì)開始前就要大致想好往后的道路，便于在一套架構(gòu)上裁剪。比如intel就采用一種叫tick-tock的戰(zhàn)略，一年演化架構(gòu)，一年演化工藝。但是intel每年都會(huì)出新的芯片，這個(gè)時(shí)候做架構(gòu)的時(shí)候考慮版本升級(jí)就非常重要。一般來講，無非兩種辦法，可以做一個(gè)性能很強(qiáng)的平臺(tái)架構(gòu)，第一年裁剪一下，第二年放全量。第二種辦法是做一個(gè)稍弱的版本，第二年擴(kuò)充一下規(guī)格。intel采用哪個(gè)不得而知，但是無論采用哪個(gè)方式，在版本規(guī)劃的時(shí)候就要明確以下一到N個(gè)版本的擴(kuò)展計(jì)劃。否則設(shè)計(jì)人員不清楚的話將RTL設(shè)計(jì)成不可擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)往后版本升級(jí)就很被動(dòng)。

IP供應(yīng)商計(jì)劃確認(rèn) 這個(gè)部分主要是涉及到一些購買的IP，需要提前和各廠商確定好價(jià)格，功能是否都可以接受。一般包括數(shù)字IP和模擬IP。數(shù)字IP一般集成比較簡單，例如AMBA總線, RISC-V Core等等，廠商會(huì)提供網(wǎng)表甚至源代碼，直接繼承就行。模擬IP就比較復(fù)雜，包括AD, DA ,PLL, DDR PHY, USB PHY等等一堆IP，一般是提供版圖，有些甚至版圖都不提供，由它們自己人merge版圖的。所以每一個(gè)都要仔細(xì)評(píng)估，成熟度如何，好不好集成，會(huì)不會(huì)出問題。

設(shè)計(jì)服務(wù)商計(jì)劃確認(rèn) 這個(gè)最主要是要確認(rèn)兩撥人的時(shí)間有沒有空。如果后端外包了的話要確認(rèn)后端設(shè)計(jì)公司是否有足夠的人力接單，提前約時(shí)間，避免前端最后了等著后端的尷尬。另一批人是代工廠。除非你是蘋果這樣的甲方爸爸，TSMC可以就著你的時(shí)間來，其他人的流片計(jì)劃都要看看TSMC的計(jì)劃。特別是投MPW的樣片，要時(shí)刻注意代工廠的計(jì)劃。他們自己形象的把這種計(jì)劃叫做班車。。。你的項(xiàng)目能不能趕上班車是非常重要的事兒。否則輕則兩周，重則上月的delay。

3.2 市場計(jì)劃

市場計(jì)劃原則上應(yīng)該是和技術(shù)計(jì)劃并行的。實(shí)際上可能會(huì)比技術(shù)計(jì)劃要晚上不少。此處就列在這個(gè)地方統(tǒng)一說了。市場計(jì)劃大致上有三方面內(nèi)容。這個(gè)做市場的同學(xué)玩的溜，讓做技術(shù)的來寫確實(shí)有點(diǎn)勉為其難了，只能拋個(gè)磚頭。

營銷計(jì)劃 這個(gè)主要是對(duì)芯片怎么賣出去做一定的計(jì)劃。目標(biāo)市場是什么樣的，細(xì)分市場是哪個(gè)，細(xì)分市場以及市場的客戶有什么痛點(diǎn)，愿意付多少錢，有沒有市場機(jī)會(huì)，到時(shí)候市場占有率是什么情況。這個(gè)芯片的基礎(chǔ)客戶基本盤是誰，還能賣給誰。還要關(guān)注一下競爭對(duì)手，競品分析，競爭對(duì)手什么特點(diǎn)，如何和競爭對(duì)手搶市場。等等這些與把芯片賣出去的問題。

商業(yè)模式計(jì)劃 芯片做出來怎么賺到錢。這個(gè)主要涉及兩方面內(nèi)容，一個(gè)是定價(jià)銷售策略。是貼牌賣了，還是自己賣，還是打包送了，或者送一部分，等客戶賺到錢后再提成，或者芯片低價(jià)賣，交個(gè)朋友，主要賣配件，有不同的操作方式。只要財(cái)務(wù)和市場能算明白帳，有錢賺即可。第二個(gè)是市場準(zhǔn)入策略。比如wifi芯片等等，這些芯片要拿到市場上賣是要符合一定的標(biāo)準(zhǔn)的，怎么拿到許可證，許可好不好拿，也要提前想清楚。

生命周期計(jì)劃 除非非常經(jīng)典的基礎(chǔ)芯片，比如TI的一堆ADC，其他芯片總要有個(gè)生命周期。這個(gè)生命周期的計(jì)劃會(huì)影響架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的可擴(kuò)展性，影響下一代芯片的演進(jìn)等等。實(shí)際上，芯片大致有三個(gè)階段，和其他東西一樣。停止銷售，停止生產(chǎn)，以及停止售后。和蘋果IPAD其實(shí)類似，前不久還宣布幾個(gè)IPAD是過時(shí)產(chǎn)品。。所以生命支持周期要把握好度。停止銷售和停止生產(chǎn)好理解，芯片已經(jīng)在市場上沒有競爭力了。停止售后決策比較麻煩，太長了費(fèi)錢不劃算，太短了用戶那兒沒有口碑。不能客戶的產(chǎn)品剛用一兩年你就不支持了，總歸不大好。

4 總結(jié)

至此，規(guī)格和計(jì)劃階段的事情基本上就搞清楚了。這個(gè)階段我們的輸入是立項(xiàng)時(shí)的商業(yè)需求，輸出是由設(shè)計(jì)人員分解的設(shè)計(jì)需求，以及各類計(jì)劃。

審核編輯 ：李倩