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晶元設計核心工具有哪些

發布時間: 2023-03-22 11:57:16

1. 晶元中cto優化用什麼工具

尊敬的用戶,對於晶元中的CTO優化,有很多工具可以使用。其中比較常用的工具包括:Cadence Virtuoso、Synopsys PrimeTime、Apache RedHawk、Ansys RedHawk-SC、Mentor Graphics Calibre等。
Cadence Virtuoso是一款非常流行的EDA工具,可以用於電路設計、模擬和布局。它可以幫助您優化晶元的電路結構,提高晶元的性能和可靠性。
Synopsys PrimeTime是一款時序分析工具,可以用於晶元的時序分析和優化。它可以幫助您找到晶元中的時序問題,並提供優化建議,以提高晶元的性能和可靠性。
Apache RedHawk是一款功耗分析工具,可以用於晶元的功耗分析和優化。攜橡它可以幫助您找到晶元中的功耗問題,並提供優化建議,以降低晶元的功耗。
Ansys RedHawk-SC是一款靜態功耗分析工具,可以用於晶元的靜態功耗分析和優化。它可以幫助您找到晶元中的靜態功耗問題,並提供優化建議,以降低晶元的靜態功耗。
Mentor Graphics Calibre是一款DRC/LVS工具,可以用於晶元的DRC/LVS檢查和優化。它可以幫助您找到晶元中的DRC/LVS問題,並提供優化建議,以確保晶元的可制凳隱旁棗橡造性和可靠性。
以上是一些常用的工具,您可以根據自己的需求選擇適合自己的工具。

2. 晶元是用什麼材料用什麼工具製造的

晶元一般是用硅半導體製造的,其上的元器件採用擴散工藝製造,元器件的連線一般是鋁線,晶元的封裝材料一般是陶瓷或工程塑料。
晶元的耐熱程度取決於硅半導體的材質、製造工藝以及封裝的散熱能力,一般核心極限溫度在168度,當然外殼溫度不可能有那麼高,否則核心就該融化了。外殼的溫度取決與晶元的封裝形式、熱阻、散熱設計、工作頻率、晶元的面積和工作狀態,一般不會超過100度

3. 數字晶元設計所需用到的工具都有哪些

這 么 專 業 的 問 題 , 請 咨念盯 詢 佛 山 芯 珠 微仔余和 電 子 公 司 從 事 集 成 電 路 芯 片 設 計 、 開 發 並 提 供 相毀沖 關 技 術 咨 詢 服 務 。

4. 集成電路晶元設計常用的EDA軟體有什麼

EDA工具是IC晶元製造最上游的產業,是銜接集成電漏高物路設計、製造和封測的關鍵紐帶,素有「芯返液片之母」的美譽,對IC行業生產效率、產品技術水平都有重要影響。
據了解,上海弗摩電子科技有限公司在器件建模和電路模擬驗證兩大集成電路製造和設計的關鍵環節已經具備與Cadence、Synopsys、Mentor相媲美的能力,掌握了自主可控的EDA核心技術,可有效支撐當今市場上主流的7nm/5nm/3nm等先進工藝節點晶元驗證,打破了海外技術「壁壘」,為我國在集成電路晶元產業行念脊業發展提供了有力保障∞

5. 晶元是怎樣做出來的

晶元是怎麼製作出來的如下:
一、晶元設計。
晶元屬於體積小,但高精密度極大的產品。想要製作晶元,設計是第一環節。設計需要藉助EDA工具和一些IP核,最終製成加工所需要的晶元設計藍圖。
二、沙硅分離。
所有的半導體工藝都是從一粒沙子開始的。因為沙子中蘊含的硅是生產晶元「地基」硅晶圓所需要的原材料。所以我們第一步,就是要將沙子中的硅分離出來。
三、硅提純。
在將硅分離出來後,其餘的材料廢棄不用。將硅經過多個步驟提純,已達到符合半導體製造的質量,這就是所謂的電子級硅。
四、將硅鑄錠。
提純之後,要將硅鑄成硅錠。一個被鑄成錠後的電子級硅的單晶體,重量大約為1千克,硅的純度達到了99.9999%。
五、晶圓加工。硅錠侍廳鑄好後,要將整個硅錠切成一片一片的圓盤,也就是我們俗稱的晶圓,它是非常薄的。隨後,晶圓就要進行拋光,直至完美,表面如鏡面一樣光滑。硅晶圓的直徑常見的有8英寸(2mm)和12英寸(3mm),直徑越大,最終單個晶元成本越低,但加工難度越高。
六、光刻。首先在晶圓上敷塗上三層材料。第一層是氧化硅,第二層是氮化硅,最後一層是光刻膠。再將設計完成的包含數十億個電路元件的晶元藍圖製作成掩膜,掩膜可以理解為一種特殊的投影底片,包含了晶元設計藍圖,下一步就是將藍圖轉印到晶圓上。這一步對光刻機有著極高的要求。紫外線會透過掩膜照射到硅晶圓上的光刻膠上,光刻過程中曝光在紫外線下的光刻膠被溶解掉,清除後留下的圖案和掩膜上的一致。用化學物質溶解掉暴露出來的晶圓部分,剩下的光刻膠保護著不應該蝕刻的部分。蝕刻完成後,清除全部光刻膠,露出一個個凹槽。
七、蝕刻與離子注入。首先要腐蝕掉暴露在光刻膠外的氧化硅和氮化硅,並沉澱一層二氧化硅,使晶體管之間絕緣,然後利用蝕刻技術使最底層的硅暴露出來。然後把硼或磷注入到硅結構中,接著填充銅,以便和其他晶體管互連,然後可以在上面再塗一層膠,再做一層結構。一般一個晶元包含幾十層結構,就像密集交織的高速公路。
經過上述流程,我們就得到了布滿晶元的硅晶圓。之後用精細的切割器將芯老散隱片從晶圓上切下來,焊接到基片上,裝殼密封。之後經過最後的測掘雀試環節,一塊塊晶元就做好了。

6. 專業IC設計軟體有哪些

專業的正蔽指IC設計工具名稱稀奇古怪,五花八門。相同設計環節的工具不同的公司有不同的名稱。模擬工具跟數字工具也是基本不相關。下面只介紹數字IC設計工具。
目前主流的有三大EDA工具提供商:Cadence,Synopsys和Mentor公司。你可以到他們網站上瀏覽。 他們的網站本身就是一個巨大無比的IC設計知識庫。但是對於初學者,估計看完了網站可能還是不知道門在哪裡。
下面以Synopsys為例,只撿最常舉配用最傳統的工具說一下。

RTL綜合和測試相關的工具:
模擬工具:VCS
綜合工具:Design Compiler
靜態時序分析:Prime Time
形式驗證:Formality
ATPG工具:TetraMax ATPG, DFT MAX
FPGA綜合工具:Synplify Pro

好像沒有代碼設計輸入並晌工具?有的,但是基本上大家常常只使用Vi或者UltraEdit之類的編輯器就夠了。

7. 高通、華為、蘋果離不開的EDA工具,為什麼說是中國晶元的命門

沒有核心技術。我們沒有EDA的核心技術,而EDA是晶元裡面的核心技術,所以,他是中國晶元的命門。

8. 關於晶元設計你知道多少

這是一篇關於半導體行業發展的長篇介紹,文中有些表達上對行業人士來說可能會存在些許不嚴謹,歡迎交流。

首先要解釋兩個概念: 晶元設計與晶元代工

它們是有區別的,在這里舉個例子:高通、三星、華為都可以設計晶元。這其中,三星是可以自己生產晶元的,而高通和華為,是需要找代工的。

三星和台積電,是兩家最廣為人知的晶元代工廠。

比如美國高通的晶元,是自己設計的。但它並不生產晶元,比如高通的高端晶元,是交給三星來代工的,華為設計的高端晶元則是交給台積電來代工。

為什麼大陸目前生產不了高端晶元?

論晶元設計,我們已經不弱了,華為的麒麟晶元就是自己研發的,在高端晶元上已經算是很強了。

但麒麟芯虧謹片的代工卻沒有找大陸廠商。

因為即使是大陸目前第一的中芯國際,現在也沒有能力生產麒麟970晶元。

華為麒麟970晶元,工藝製程是10nm。

關於工藝製程後面會有詳細介紹,就是數字越小,說明製程越先進。我們手機里的晶元,製程工藝好不好,決定了晶元衫閉的性能。

7nm的晶元,必然比10nm的強,10nm的又強於14nm工藝的。

在2017年,三星和台積電,都掌握了最先進的10nm工藝。所以現在10nm 的生產工藝,是壟斷在英特爾、三星和台積電手裡的。

而大陸最先進的中芯國際,只能生產最高規格28nm工藝的。

為什麼大陸的生產工藝落後?

主要是光刻機: 因為晶元的生產,關鍵是要光刻機。 說到光刻機這個行業,就不得不提荷蘭 的ASML Holding N.V

簡單說一下光刻機:

其實早期的光刻機的原理像幻燈機一樣簡單,就是把光通過帶電路圖的掩膜 (Mask,後來也叫光罩) 投影到塗有光敏膠的晶圓上(關於晶圓,下面晶元設計中會有詳細介紹)。早期 60 年代的光刻,掩膜版是 1:1 尺寸緊貼在晶圓片上,而那時晶圓也只有 1 英寸大小。

因此,光刻那時並不是高 科技 ,半導體公司通常自己設計工裝和工具,比如英特爾開始是買 16 毫米攝像機鏡頭拆了用。只有 GCA, K&S 和 Kasper 等很少幾家公司有做過一點點相關設備。

60 年代末,日本的尼康和佳能開始進入這個領域,畢竟當時的光刻不比照相機復雜。

1978 年,GCA 推出真正現代意義的自動化步進式光刻機 (Stepper),解析度比投影式高 5 倍達到 1 微米。

但此時的光刻機行業依舊是個小市場,一年賣幾十台的就算大廠了。因為半導體廠商就那麼多,一台機器又能用好多年。這導致你的機器落後一點,就沒人願意買了。技術領先是奪取市場的關鍵,贏家通吃。

80 年代一開始,GCA 的 Stepper 還稍微領先,但很或空裂快尼康發售了自己首台商用 Stepper NSR-1010G,擁有更先進的光學系統極大提高了產能。兩家開始一起擠壓了其它廠商的份額。

到了 1984 年,在光刻行業,尼康和 GCA 平起平坐,各享三成市佔率。Ultratech 占約一成,Eaton、P&E、佳能、日立等剩下幾家瓜分剩下的三成。

但轉折也發生在這一年,這一年飛利浦在實驗室里研發出 stepper 的原型,但是不夠成熟。因為光刻市場太小,飛利浦也不能確認它是否有商業價值,去美國和 P&E、GCA、Cobilt、IBM 等談了一圈也沒人願意合作。

很巧合有家荷蘭小公司叫 ASM International 的老闆 Arthur Del Prado 聽說了有這么回事,主動要求合作。但這家代理出身的公司只有半導體一些經驗,對光刻其實不太懂,等於算半個天使投資加半個分銷商。飛利浦猶豫了一年時間,最後勉強同意了設立 50:50 的合資公司。1984 年 4 月 1 日 ASML 成立的時候,只有 31 名員工,在飛利浦大廈外面的木板簡易房裡工作。

ASML 最早成立時的簡易平房,後面的玻璃大廈是飛利浦。Credit: ASML

ASML 在 1985 年和蔡司 (Zeiss) 合作改進光學系統,終於在 1986 年推出非常棒的第二代產品 PAS-2500,並第一次賣到美國給當時的創業公司 Cypress,今天的 Nor Flash 巨頭。

但接下來的一年,1986 年半導體市場大滑坡,導致美國一幫光刻機廠商都碰到嚴重的財務問題。ASML 規模還小,所以損失不大,還可以按既有計劃開發新產品。但,GCA 和 P&E 這些老牌廠商就頂不住了,它們的新產品開發都停滯了下來。

1988 年 GCA 資金嚴重匱乏被 General Signal 收購,又過了幾年 GCA 找不到買主而破產。1990 年,P&E 光刻部也支撐不下去被賣給 SVG。

1980 年還占據大半壁江山的美國三雄,到 80 年代末地位完全被日本雙雄取代。這時 ASML 大約有 10% 的市場佔有率。

忽略掉美國被邊緣化的 SVG 等公司,90 年代後,一直是 ASML 和尼康的競爭,而佳能在旁邊看熱鬧。

在後來 ASML 推出浸入式 193nm 產品,緊接著尼康也宣布自己的 157nm 產品以及 EPL 產品樣機完成。然而,浸入式屬於小改進大效果,產品成熟度非常高,而尼康似乎是在做實驗,因此幾乎沒有人去訂尼康的新品。

這導致後面尼康的大潰敗。尼康在 2000 年還是老大,但到了 2009 年 ASML 已經市佔率近 7 成遙遙領先。尼康新產品的不成熟,也間接關聯了大量使用其設備的日本半導體廠商的集體衰敗。

至於佳能,當它們看到尼康和 ASML 在高端光刻打得如此厲害就直接撤了。直接開發低端光刻市場,直到現在它們還在賣 350nm 和 248nm 的產品,給液晶面板以及模擬器件廠商供貨。

再回來,英特爾、三星和台積電之所以能生產 10nm 工藝的晶元,首先是它們能從 ASML 進口到高端的光刻機,用於生產 10nm 晶元。

而大陸沒有高端的光刻機,用中低端的光刻機又缺乏技術,所以暫時只能生產工藝相對落後的晶元。

下面我們談一談晶元的設計,在談論設計之前,我們需要知道 CPU、GPU、微架構和指令集 等概念。

CPU的含義,亦即中央處理器,是負責計算機主要運算任務的組件。功能就像人的大腦。可能大家聽過CPU有 x86、ARM 這樣的分類,前者主要用於PC而後者主要用於手機平板等設備。

CPU執行在計算任務時都需要遵從一定的規范,程序在被執行前都需要先翻譯為CPU可以理解的語言。這種語言被稱為 指令集 (ISA,Instruction Set Architecture)。程序被按照某種指令集的規范翻譯為CPU可識別的底層代碼的過程叫做編譯(compile)。像x86、ARM v8、MIPS等都是指令集的代號。同時指令集可以被擴展。廠商開發兼容某種指令集的CPU需要指令集專利持有者授權,典型例子如Intel授權AMD,使後者可以開發兼容x86指令集的CPU。

CPU的基本組成單元即為核心(core)核心的實現方式被稱為 微架構 (microarchitecture)和指令集類似,像Haswell、Cortex-A15等都是微架構的代號。微架構的設計影響核心(core)可以達到的最高頻率、核心在一定頻率下能執行的運算量、一定工藝水平下核心的能耗水平等等。

但值得注意的是: 微架構與指令集 是兩個不同的概念:指令集是CPU選擇的語言,而微架構是具體的實現。

以兼容ARM指令集的晶元為例:ARM公司將自己研發的指令集叫做ARM指令集,同時它還研發具體的微架構,例如Cortex系列並對外授權。

但是,一款CPU使用了ARM指令集並不等於它就使用了ARM研發的微架構。像高通、蘋果等廠商都自行開發了兼容ARM指令集的微架構,同時還有許多廠商使用ARM開發的微架構來製造CPU,比如華為的麒麟晶元。通常,業界認為 只有具備獨立的微架構研發能力的企業才算具備了CPU研發能力 ,而是否使用自行研發的指令集無關緊要。微架構的研發也是IT產業技術含量最高的領域之一。

以麒麟980為例,最主要的部分就是 CPU 和 GPU 。其中 Cortex-A76 和 Mali-G76 都是華為找ARM買的微架構授權,華為可以自研微架構嗎?肯定是可以的,但要想達到蘋果那樣應用在手機系統上還有很長一段路要走,最起碼現在看來是這樣,除了自身研發會遇到各種問題外,因為晶元的開發和軟體開發一樣,需要EDA工具,使用ARM的微構架,它們會提供很多工具,這些東西也挺核心的,所以一旦另起爐灶就需要考慮各個方面的問題。

弄清楚了這些,就可以開始設計晶元了,但這一步也是非常復雜繁瑣的。

晶元製造的過程就像蓋房子一樣,先有 晶圓 作為地基,然後再層層往上疊,經過一系列製造流程後,就可產出必要的 IC 晶元了。

那什麼是晶圓呢?

晶圓(wafer), 是製造各種制式晶元的基礎。我們可以將晶元製造看作蓋房子,而晶圓就是一個平穩的地基。在固體材料中,有一種特殊的晶體結構──單晶(Monocrystalline)。它的特性就是原子一個接著一個緊密的排列,可以形成一個平整的原子表層。因此,我們採用單晶做成晶圓。但是,該如何產生這樣的材料呢,主要有二個步驟,分別為 純化以及拉晶 ,之後便能完成這樣的材料。

純化分成兩個階段,第一步是冶金級純化,此一過程主要是加入碳,以氧化還原的方式,將氧化硅轉換成 98% 以上純度的硅。但是,98% 對於晶元製造來說依舊不夠,仍需要進一步提升。因此,將再進一步採用 西門子製程(Siemens process) 作純化,將獲得半導體製程所需的高純度多晶硅。

接著,就是 拉晶

首先,將前面所獲得的高純度多晶硅融化,形成液態的硅。然後,以單晶的 硅種(seed) 和液體表面接觸,一邊旋轉一邊緩慢的向上拉起。至於為何需要單晶的硅種,是因為硅原子排列就和人排隊一樣,會需要排頭讓後來的人該如何正確的排列,硅種便是重要的排頭,讓後來的原子知道該如何排隊。最後,待離開液面的硅原子凝固後,排列整齊的單晶硅柱便完成了。

但一整條的硅柱並無法做成晶元製造的基板,為了產生一片一片的硅晶圓,接著需要以鑽石刀將硅晶柱橫向切成圓片,圓片再經由拋光便可形成晶元製造所需的硅晶圓。

至於8寸、12寸晶圓又代表什麼東西呢?很明顯就是指表面經過處理並切成薄圓片後的直徑。尺寸愈大,拉晶對速度與溫度的要求就更高,製作難度就越高。

經過這么多步驟,晶元基板的製造總算完成了,下一步便是晶元製造了。該如何製作晶元呢?

IC晶元,全名集成電路(Integrated Circuit),由它的命名可知它是將設計好的電路,以堆疊的方式組合起來。

從上圖我們可以看出,底部藍色的部分就是晶圓,而紅色以及土黃色的部分,則是於 IC 製作時要設計的地方,就像蓋房子要設計怎樣的樣式。

然後我們看 紅色的部分 ,在 IC 電路中,它是整顆 IC 中最重要的部分,將由多種邏輯閘組合在一起,完成功能齊全的 IC 晶元,因此也可以看作是 根基上的根基

黃色的部分 ,不會有太復雜的構造,它的主要作用是將紅色部分的 邏輯閘相連在一起 。之所以需要這么多層,是因為有太多線路要連結在一起,在單層無法容納所有的線路下,就要多疊幾層來達成這個目標了。在這之中,不同層的線路會上下相連以滿足接線的需求。

然後開始製作這些部分:

製作 IC 時,可以簡單分成4 種步驟。雖然實際製造時,製造的步驟會有差異,使用的材料也有所不同,但是大體上皆採用類似的原理。

完成這些步驟之後,最後便在一整片晶圓上完成很多 IC 晶元,接下來只要將完成的方形 IC 晶元剪下,便可送到封裝廠做封裝。

封裝:

經過漫長的流程,終於獲得一顆 IC 晶元了。然而一顆晶元相當小且薄,如果不在外施加保護,會被輕易的刮傷損壞。此外,因為晶元的尺寸微小,如果不用一個較大尺寸的外殼,不容易安置在電路板上,所以才需要最後的封裝。

封裝的方式有很多種,常見的有雙排直立式封裝(Dual Inline Package;DIP),球格陣列(Ball Grid Array,BGA)封裝,SoC(System On Chip)封裝以及 SiP(System In Packet)封裝。

完成封裝後,然後還需要進入測試階段 ,在這個階段是為了確認封裝完的 IC 是否能正常的運作,檢測沒問題後便可出貨給組裝廠,做成我們所見的電子產品

至此,完成整個製作流程。

9. 為什麼說造晶元比造原子彈還難呢

晶元是世界上最難掌握的核心技術之一,也是衡量一個國家科技實力的重要標准之一。就目前而言,中國在晶元的研究和生產領域跟其他國家比有著巨大的差距。現如今的華為只是攻克了晶元的設計問題,關於晶元製造的方法還不成熟。

有專家認為,中國的晶元製造技術,相比與美國來說至少落後了20年。目前中芯國際作為國內最頂端的製造廠,一直以來只能生產28nm的晶元,而且精度不高,再加上由於受到光刻機的限制,今年才剛完成了14nm晶元的量產。

為什麼中國晶元產業那麼落後呢?任正非曾表達過這樣的觀點:

“修橋和修房子已經是常態,只要有錢就可以,但晶元這東西不行,要有數學家、化學家、物理學家才可以,中國只有在這些方面下功夫,才能讓中國晶元在國際上擁有一席之地。”

用於太陽能發電的高純硅要求99.9999%,全世界超過一半是中國產的。但是,晶元用的電子級高純硅要求99.999999999%(11個9),幾乎全賴進口,直到2018年江蘇的鑫華公司才實現量產,只是目前產量少的可憐,還不及進口的一個零頭。

把70億個晶體管在指甲蓋大小的地方組成電路,其難度可想而知!一個路口紅綠燈設置不合理,就可能導致大片堵車。電子在晶元上跑來跑去,稍微有個結點出問題,電子同樣會堵車。所以晶元的設計異常重要,重要到了和材料技術相提並論的地步。

七十年代,英特爾率先想出了一個好辦法:X86架構。這架構雖然能耗高、體積大,但性能優越,幾乎壟斷了電腦晶元市場,成就了如日中天的英特爾。

打個比方說,英特爾提出造汽車用4個輪子,以後其他人想造4個輪子的汽車,就得先付授權費。隨後英國ARM公司提出了2個輪子的汽車方案:ARM架構。

ARM架構雖然省電小巧,但性能實在有點寒磣,一直被英特爾摁著打。進入21世紀,智能手機橫空出世,晶元的能耗和體積一下成了關注點,於是ARM架構一飛中天,幾乎壟斷了手機晶元行業。

X86架構,能耗高、體積大、性能強。ARM架構,能耗低、體積小、性能弱。於是,一個佔了電腦,一個佔了手機,直到今天,仍是主流設計方案。

設計出汽車用幾個輪子,距離造出汽車還差得很遠。有了基本架構,後面的設計依然是漫漫長征路,還得要有好工具,就是EDA軟體。美國的三家公司,幾乎壟斷了全球EDA市場。

雖然藉助EDA軟體的模擬功能可以判斷電路設計是否靠譜,但要真正驗證這種精巧線路的靠譜程度,只有一種辦法,那就是:實踐使用!廣泛的使用!長久的使用!正因為如此,晶元設計不光要燒錢,也需要燒時間,屬於試錯周期較長的核心技術。

隨著晶元越來越復雜,設計與製造就分開了,有些公司只設計,成了純粹的晶元設計公司。比如美國的高通、博通、AMD,中國台灣的聯發科,大陸的華為海思、展訊等。

高通是最牛的,世界上一半手機裝的是高通晶元,AMD和英特爾基本把電腦晶元包場了。

10. 現在主流的IC設計工具有哪些

模宏型陪擬的 Cadence 的 界面 忘了叫什麼名字 比較好用 模擬 spice ultrsim 如租姿果混仿還有其他
比較好用 版圖 lvs drc工具老得用dracurle(不拼寫)
Synopsys 界面orcad 的capture 模擬hspice
版圖還蔽蠢有ledit