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芯片设计核心工具有哪些

发布时间: 2023-03-22 11:57:16

1. 芯片中cto优化用什么工具

尊敬的用户,对于芯片中的CTO优化,有很多工具可以使用。其中比较常用的工具包括: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,可以用于电路设计、仿真和布局。它可以帮助您优化芯片的电路结构,提高芯片的性能和可靠性。
Synopsys PrimeTime是一款时序分析工具,可以用于芯片的时序分析和优化。它可以帮助您找到芯片中的时序问题,并提供优化建议,以提高芯片的性能和可靠性。
Apache RedHawk是一款功耗分析工具,可以用于芯片的功耗分析和优化。携橡它可以帮助您找到芯片中的功耗问题,并提供优化建议,以降低芯片的功耗。
Ansys RedHawk-SC是一款静态功耗分析工具,可以用于芯片的静态功耗分析和优化。它可以帮助您找到芯片中的静态功耗问题,并提供优化建议,以降低芯片的静态功耗。
Mentor Graphics Calibre是一款DRC/LVS工具,可以用于芯片的DRC/LVS检查和优化。它可以帮助您找到芯片中的DRC/LVS问题,并提供优化建议,以确保芯片的可制凳隐旁枣橡造性和可靠性。
以上是一些常用的工具,您可以根据自己的需求选择适合自己的工具。

2. 芯片是用什么材料用什么工具制造的

芯片一般是用硅半导体制造的,其上的元器件采用扩散工艺制造,元器件的连线一般是铝线,芯片的封装材料一般是陶瓷或工程塑料。
芯片的耐热程度取决于硅半导体的材质、制造工艺以及封装的散热能力,一般核心极限温度在168度,当然外壳温度不可能有那么高,否则核心就该融化了。外壳的温度取决与芯片的封装形式、热阻、散热设计、工作频率、芯片的面积和工作状态,一般不会超过100度

3. 数字芯片设计所需用到的工具都有哪些

这 么 专 业 的 问 题 , 请 咨念盯 询 佛 山 芯 珠 微仔余和 电 子 公 司 从 事 集 成 电 路 芯 片 设 计 、 开 发 并 提 供 相毁冲 关 技 术 咨 询 服 务 。

4. 集成电路芯片设计常用的EDA软件有什么

EDA工具是IC芯片制造最上游的产业,是衔接集成电漏高物路设计、制造和封测的关键纽带,素有“芯返液片之母”的美誉,对IC行业生产效率、产品技术水平都有重要影响。
据了解,上海弗摩电子科技有限公司在器件建模和电路仿真验证两大集成电路制造和设计的关键环节已经具备与Cadence、Synopsys、Mentor相媲美的能力,掌握了自主可控的EDA核心技术,可有效支撑当今市场上主流的7nm/5nm/3nm等先进工艺节点芯片验证,打破了海外技术“壁垒”,为我国在集成电路芯片产业行念脊业发展提供了有力保障∞

5. 芯片是怎样做出来的

芯片是怎么制作出来的如下:
一、芯片设计。
芯片属于体积小,但高精密度极大的产品。想要制作芯片,设计是第一环节。设计需要借助EDA工具和一些IP核,最终制成加工所需要的芯片设计蓝图。
二、沙硅分离。
所有的半导体工艺都是从一粒沙子开始的。因为沙子中蕴含的硅是生产芯片“地基”硅晶圆所需要的原材料。所以我们第一步,就是要将沙子中的硅分离出来。
三、硅提纯。
在将硅分离出来后,其余的材料废弃不用。将硅经过多个步骤提纯,已达到符合半导体制造的质量,这就是所谓的电子级硅。
四、将硅铸锭。
提纯之后,要将硅铸成硅锭。一个被铸成锭后的电子级硅的单晶体,重量大约为1千克,硅的纯度达到了99.9999%。
五、晶圆加工。硅锭侍厅铸好后,要将整个硅锭切成一片一片的圆盘,也就是我们俗称的晶圆,它是非常薄的。随后,晶圆就要进行抛光,直至完美,表面如镜面一样光滑。硅晶圆的直径常见的有8英寸(2mm)和12英寸(3mm),直径越大,最终单个芯片成本越低,但加工难度越高。
六、光刻。首先在晶圆上敷涂上三层材料。第一层是氧化硅,第二层是氮化硅,最后一层是光刻胶。再将设计完成的包含数十亿个电路元件的芯片蓝图制作成掩膜,掩膜可以理解为一种特殊的投影底片,包含了芯片设计蓝图,下一步就是将蓝图转印到晶圆上。这一步对光刻机有着极高的要求。紫外线会透过掩膜照射到硅晶圆上的光刻胶上,光刻过程中曝光在紫外线下的光刻胶被溶解掉,清除后留下的图案和掩膜上的一致。用化学物质溶解掉暴露出来的晶圆部分,剩下的光刻胶保护着不应该蚀刻的部分。蚀刻完成后,清除全部光刻胶,露出一个个凹槽。
七、蚀刻与离子注入。首先要腐蚀掉暴露在光刻胶外的氧化硅和氮化硅,并沉淀一层二氧化硅,使晶体管之间绝缘,然后利用蚀刻技术使最底层的硅暴露出来。然后把硼或磷注入到硅结构中,接着填充铜,以便和其他晶体管互连,然后可以在上面再涂一层胶,再做一层结构。一般一个芯片包含几十层结构,就像密集交织的高速公路。
经过上述流程,我们就得到了布满芯片的硅晶圆。之后用精细的切割器将芯老散隐片从晶圆上切下来,焊接到基片上,装壳密封。之后经过最后的测掘雀试环节,一块块芯片就做好了。

6. 专业IC设计软件有哪些

专业的正蔽指IC设计工具名称稀奇古怪,五花八门。相同设计环节的工具不同的公司有不同的名称。模拟工具跟数字工具也是基本不相关。下面只介绍数字IC设计工具。
目前主流的有三大EDA工具提供商:Cadence,Synopsys和Mentor公司。你可以到他们网站上浏览。 他们的网站本身就是一个巨大无比的IC设计知识库。但是对于初学者,估计看完了网站可能还是不知道门在哪里。
下面以Synopsys为例,只捡最常举配用最传统的工具说一下。

RTL综合和测试相关的工具:
仿真工具:VCS
综合工具:Design Compiler
静态时序分析:Prime Time
形式验证:Formality
ATPG工具:TetraMax ATPG, DFT MAX
FPGA综合工具:Synplify Pro

好像没有代码设计输入并晌工具?有的,但是基本上大家常常只使用Vi或者UltraEdit之类的编辑器就够了。

7. 高通、华为、苹果离不开的EDA工具,为什么说是中国芯片的命门

没有核心技术。我们没有EDA的核心技术,而EDA是芯片里面的核心技术,所以,他是中国芯片的命门。

8. 关于芯片设计你知道多少

这是一篇关于半导体行业发展的长篇介绍,文中有些表达上对行业人士来说可能会存在些许不严谨,欢迎交流。

首先要解释两个概念: 芯片设计与芯片代工

它们是有区别的,在这里举个例子:高通、三星、华为都可以设计芯片。这其中,三星是可以自己生产芯片的,而高通和华为,是需要找代工的。

三星和台积电,是两家最广为人知的芯片代工厂。

比如美国高通的芯片,是自己设计的。但它并不生产芯片,比如高通的高端芯片,是交给三星来代工的,华为设计的高端芯片则是交给台积电来代工。

为什么大陆目前生产不了高端芯片?

论芯片设计,我们已经不弱了,华为的麒麟芯片就是自己研发的,在高端芯片上已经算是很强了。

但麒麟芯亏谨片的代工却没有找大陆厂商。

因为即使是大陆目前第一的中芯国际,现在也没有能力生产麒麟970芯片。

华为麒麟970芯片,工艺制程是10nm。

关于工艺制程后面会有详细介绍,就是数字越小,说明制程越先进。我们手机里的芯片,制程工艺好不好,决定了芯片衫闭的性能。

7nm的芯片,必然比10nm的强,10nm的又强于14nm工艺的。

在2017年,三星和台积电,都掌握了最先进的10nm工艺。所以现在10nm 的生产工艺,是垄断在英特尔、三星和台积电手里的。

而大陆最先进的中芯国际,只能生产最高规格28nm工艺的。

为什么大陆的生产工艺落后?

主要是光刻机: 因为芯片的生产,关键是要光刻机。 说到光刻机这个行业,就不得不提荷兰 的ASML Holding N.V

简单说一下光刻机:

其实早期的光刻机的原理像幻灯机一样简单,就是把光通过带电路图的掩膜 (Mask,后来也叫光罩) 投影到涂有光敏胶的晶圆上(关于晶圆,下面芯片设计中会有详细介绍)。早期 60 年代的光刻,掩膜版是 1:1 尺寸紧贴在晶圆片上,而那时晶圆也只有 1 英寸大小。

因此,光刻那时并不是高 科技 ,半导体公司通常自己设计工装和工具,比如英特尔开始是买 16 毫米摄像机镜头拆了用。只有 GCA, K&S 和 Kasper 等很少几家公司有做过一点点相关设备。

60 年代末,日本的尼康和佳能开始进入这个领域,毕竟当时的光刻不比照相机复杂。

1978 年,GCA 推出真正现代意义的自动化步进式光刻机 (Stepper),分辨率比投影式高 5 倍达到 1 微米。

但此时的光刻机行业依旧是个小市场,一年卖几十台的就算大厂了。因为半导体厂商就那么多,一台机器又能用好多年。这导致你的机器落后一点,就没人愿意买了。技术领先是夺取市场的关键,赢家通吃。

80 年代一开始,GCA 的 Stepper 还稍微领先,但很或空裂快尼康发售了自己首台商用 Stepper NSR-1010G,拥有更先进的光学系统极大提高了产能。两家开始一起挤压了其它厂商的份额。

到了 1984 年,在光刻行业,尼康和 GCA 平起平坐,各享三成市占率。Ultratech 占约一成,Eaton、P&E、佳能、日立等剩下几家瓜分剩下的三成。

但转折也发生在这一年,这一年飞利浦在实验室里研发出 stepper 的原型,但是不够成熟。因为光刻市场太小,飞利浦也不能确认它是否有商业价值,去美国和 P&E、GCA、Cobilt、IBM 等谈了一圈也没人愿意合作。

很巧合有家荷兰小公司叫 ASM International 的老板 Arthur Del Prado 听说了有这么回事,主动要求合作。但这家代理出身的公司只有半导体一些经验,对光刻其实不太懂,等于算半个天使投资加半个分销商。飞利浦犹豫了一年时间,最后勉强同意了设立 50:50 的合资公司。1984 年 4 月 1 日 ASML 成立的时候,只有 31 名员工,在飞利浦大厦外面的木板简易房里工作。

ASML 最早成立时的简易平房,后面的玻璃大厦是飞利浦。Credit: ASML

ASML 在 1985 年和蔡司 (Zeiss) 合作改进光学系统,终于在 1986 年推出非常棒的第二代产品 PAS-2500,并第一次卖到美国给当时的创业公司 Cypress,今天的 Nor Flash 巨头。

但接下来的一年,1986 年半导体市场大滑坡,导致美国一帮光刻机厂商都碰到严重的财务问题。ASML 规模还小,所以损失不大,还可以按既有计划开发新产品。但,GCA 和 P&E 这些老牌厂商就顶不住了,它们的新产品开发都停滞了下来。

1988 年 GCA 资金严重匮乏被 General Signal 收购,又过了几年 GCA 找不到买主而破产。1990 年,P&E 光刻部也支撑不下去被卖给 SVG。

1980 年还占据大半壁江山的美国三雄,到 80 年代末地位完全被日本双雄取代。这时 ASML 大约有 10% 的市场占有率。

忽略掉美国被边缘化的 SVG 等公司,90 年代后,一直是 ASML 和尼康的竞争,而佳能在旁边看热闹。

在后来 ASML 推出浸入式 193nm 产品,紧接着尼康也宣布自己的 157nm 产品以及 EPL 产品样机完成。然而,浸入式属于小改进大效果,产品成熟度非常高,而尼康似乎是在做实验,因此几乎没有人去订尼康的新品。

这导致后面尼康的大溃败。尼康在 2000 年还是老大,但到了 2009 年 ASML 已经市占率近 7 成遥遥领先。尼康新产品的不成熟,也间接关联了大量使用其设备的日本半导体厂商的集体衰败。

至于佳能,当它们看到尼康和 ASML 在高端光刻打得如此厉害就直接撤了。直接开发低端光刻市场,直到现在它们还在卖 350nm 和 248nm 的产品,给液晶面板以及模拟器件厂商供货。

再回来,英特尔、三星和台积电之所以能生产 10nm 工艺的芯片,首先是它们能从 ASML 进口到高端的光刻机,用于生产 10nm 芯片。

而大陆没有高端的光刻机,用中低端的光刻机又缺乏技术,所以暂时只能生产工艺相对落后的芯片。

下面我们谈一谈芯片的设计,在谈论设计之前,我们需要知道 CPU、GPU、微架构和指令集 等概念。

CPU的含义,亦即中央处理器,是负责计算机主要运算任务的组件。功能就像人的大脑。可能大家听过CPU有 x86、ARM 这样的分类,前者主要用于PC而后者主要用于手机平板等设备。

CPU执行在计算任务时都需要遵从一定的规范,程序在被执行前都需要先翻译为CPU可以理解的语言。这种语言被称为 指令集 (ISA,Instruction Set Architecture)。程序被按照某种指令集的规范翻译为CPU可识别的底层代码的过程叫做编译(compile)。像x86、ARM v8、MIPS等都是指令集的代号。同时指令集可以被扩展。厂商开发兼容某种指令集的CPU需要指令集专利持有者授权,典型例子如Intel授权AMD,使后者可以开发兼容x86指令集的CPU。

CPU的基本组成单元即为核心(core)核心的实现方式被称为 微架构 (microarchitecture)和指令集类似,像Haswell、Cortex-A15等都是微架构的代号。微架构的设计影响核心(core)可以达到的最高频率、核心在一定频率下能执行的运算量、一定工艺水平下核心的能耗水平等等。

但值得注意的是: 微架构与指令集 是两个不同的概念:指令集是CPU选择的语言,而微架构是具体的实现。

以兼容ARM指令集的芯片为例:ARM公司将自己研发的指令集叫做ARM指令集,同时它还研发具体的微架构,例如Cortex系列并对外授权。

但是,一款CPU使用了ARM指令集并不等于它就使用了ARM研发的微架构。像高通、苹果等厂商都自行开发了兼容ARM指令集的微架构,同时还有许多厂商使用ARM开发的微架构来制造CPU,比如华为的麒麟芯片。通常,业界认为 只有具备独立的微架构研发能力的企业才算具备了CPU研发能力 ,而是否使用自行研发的指令集无关紧要。微架构的研发也是IT产业技术含量最高的领域之一。

以麒麟980为例,最主要的部分就是 CPU 和 GPU 。其中 Cortex-A76 和 Mali-G76 都是华为找ARM买的微架构授权,华为可以自研微架构吗?肯定是可以的,但要想达到苹果那样应用在手机系统上还有很长一段路要走,最起码现在看来是这样,除了自身研发会遇到各种问题外,因为芯片的开发和软件开发一样,需要EDA工具,使用ARM的微构架,它们会提供很多工具,这些东西也挺核心的,所以一旦另起炉灶就需要考虑各个方面的问题。

弄清楚了这些,就可以开始设计芯片了,但这一步也是非常复杂繁琐的。

芯片制造的过程就像盖房子一样,先有 晶圆 作为地基,然后再层层往上叠,经过一系列制造流程后,就可产出必要的 IC 芯片了。

那什么是晶圆呢?

晶圆(wafer), 是制造各种制式芯片的基础。我们可以将芯片制造看作盖房子,而晶圆就是一个平稳的地基。在固体材料中,有一种特殊的晶体结构──单晶(Monocrystalline)。它的特性就是原子一个接着一个紧密的排列,可以形成一个平整的原子表层。因此,我们采用单晶做成晶圆。但是,该如何产生这样的材料呢,主要有二个步骤,分别为 纯化以及拉晶 ,之后便能完成这样的材料。

纯化分成两个阶段,第一步是冶金级纯化,此一过程主要是加入碳,以氧化还原的方式,将氧化硅转换成 98% 以上纯度的硅。但是,98% 对于芯片制造来说依旧不够,仍需要进一步提升。因此,将再进一步采用 西门子制程(Siemens process) 作纯化,将获得半导体制程所需的高纯度多晶硅。

接着,就是 拉晶

首先,将前面所获得的高纯度多晶硅融化,形成液态的硅。然后,以单晶的 硅种(seed) 和液体表面接触,一边旋转一边缓慢的向上拉起。至于为何需要单晶的硅种,是因为硅原子排列就和人排队一样,会需要排头让后来的人该如何正确的排列,硅种便是重要的排头,让后来的原子知道该如何排队。最后,待离开液面的硅原子凝固后,排列整齐的单晶硅柱便完成了。

但一整条的硅柱并无法做成芯片制造的基板,为了产生一片一片的硅晶圆,接着需要以钻石刀将硅晶柱横向切成圆片,圆片再经由抛光便可形成芯片制造所需的硅晶圆。

至于8寸、12寸晶圆又代表什么东西呢?很明显就是指表面经过处理并切成薄圆片后的直径。尺寸愈大,拉晶对速度与温度的要求就更高,制作难度就越高。

经过这么多步骤,芯片基板的制造总算完成了,下一步便是芯片制造了。该如何制作芯片呢?

IC芯片,全名集成电路(Integrated Circuit),由它的命名可知它是将设计好的电路,以堆叠的方式组合起来。

从上图我们可以看出,底部蓝色的部分就是晶圆,而红色以及土黄色的部分,则是于 IC 制作时要设计的地方,就像盖房子要设计怎样的样式。

然后我们看 红色的部分 ,在 IC 电路中,它是整颗 IC 中最重要的部分,将由多种逻辑闸组合在一起,完成功能齐全的 IC 芯片,因此也可以看作是 根基上的根基

黄色的部分 ,不会有太复杂的构造,它的主要作用是将红色部分的 逻辑闸相连在一起 。之所以需要这么多层,是因为有太多线路要连结在一起,在单层无法容纳所有的线路下,就要多叠几层来达成这个目标了。在这之中,不同层的线路会上下相连以满足接线的需求。

然后开始制作这些部分:

制作 IC 时,可以简单分成4 种步骤。虽然实际制造时,制造的步骤会有差异,使用的材料也有所不同,但是大体上皆采用类似的原理。

完成这些步骤之后,最后便在一整片晶圆上完成很多 IC 芯片,接下来只要将完成的方形 IC 芯片剪下,便可送到封装厂做封装。

封装:

经过漫长的流程,终于获得一颗 IC 芯片了。然而一颗芯片相当小且薄,如果不在外施加保护,会被轻易的刮伤损坏。此外,因为芯片的尺寸微小,如果不用一个较大尺寸的外壳,不容易安置在电路板上,所以才需要最后的封装。

封装的方式有很多种,常见的有双排直立式封装(Dual Inline Package;DIP),球格阵列(Ball Grid Array,BGA)封装,SoC(System On Chip)封装以及 SiP(System In Packet)封装。

完成封装后,然后还需要进入测试阶段 ,在这个阶段是为了确认封装完的 IC 是否能正常的运作,检测没问题后便可出货给组装厂,做成我们所见的电子产品

至此,完成整个制作流程。

9. 为什么说造芯片比造原子弹还难呢

芯片是世界上最难掌握的核心技术之一,也是衡量一个国家科技实力的重要标准之一。就目前而言,中国在芯片的研究和生产领域跟其他国家比有着巨大的差距。现如今的华为只是攻克了芯片的设计问题,关于芯片制造的方法还不成熟。

有专家认为,中国的芯片制造技术,相比与美国来说至少落后了20年。目前中芯国际作为国内最顶端的制造厂,一直以来只能生产28nm的芯片,而且精度不高,再加上由于受到光刻机的限制,今年才刚完成了14nm芯片的量产。

为什么中国芯片产业那么落后呢?任正非曾表达过这样的观点:

“修桥和修房子已经是常态,只要有钱就可以,但芯片这东西不行,要有数学家、化学家、物理学家才可以,中国只有在这些方面下功夫,才能让中国芯片在国际上拥有一席之地。”

用于太阳能发电的高纯硅要求99.9999%,全世界超过一半是中国产的。但是,芯片用的电子级高纯硅要求99.999999999%(11个9),几乎全赖进口,直到2018年江苏的鑫华公司才实现量产,只是目前产量少的可怜,还不及进口的一个零头。

把70亿个晶体管在指甲盖大小的地方组成电路,其难度可想而知!一个路口红绿灯设置不合理,就可能导致大片堵车。电子在芯片上跑来跑去,稍微有个结点出问题,电子同样会堵车。所以芯片的设计异常重要,重要到了和材料技术相提并论的地步。

七十年代,英特尔率先想出了一个好办法:X86架构。这架构虽然能耗高、体积大,但性能优越,几乎垄断了电脑芯片市场,成就了如日中天的英特尔。

打个比方说,英特尔提出造汽车用4个轮子,以后其他人想造4个轮子的汽车,就得先付授权费。随后英国ARM公司提出了2个轮子的汽车方案:ARM架构。

ARM架构虽然省电小巧,但性能实在有点寒碜,一直被英特尔摁着打。进入21世纪,智能手机横空出世,芯片的能耗和体积一下成了关注点,于是ARM架构一飞中天,几乎垄断了手机芯片行业。

X86架构,能耗高、体积大、性能强。ARM架构,能耗低、体积小、性能弱。于是,一个占了电脑,一个占了手机,直到今天,仍是主流设计方案。

设计出汽车用几个轮子,距离造出汽车还差得很远。有了基本架构,后面的设计依然是漫漫长征路,还得要有好工具,就是EDA软件。美国的三家公司,几乎垄断了全球EDA市场。

虽然借助EDA软件的仿真功能可以判断电路设计是否靠谱,但要真正验证这种精巧线路的靠谱程度,只有一种办法,那就是:实践使用!广泛的使用!长久的使用!正因为如此,芯片设计不光要烧钱,也需要烧时间,属于试错周期较长的核心技术。

随着芯片越来越复杂,设计与制造就分开了,有些公司只设计,成了纯粹的芯片设计公司。比如美国的高通、博通、AMD,中国台湾的联发科,大陆的华为海思、展讯等。

高通是最牛的,世界上一半手机装的是高通芯片,AMD和英特尔基本把电脑芯片包场了。

10. 现在主流的IC设计工具有哪些

模宏型陪拟的 Cadence 的 界面 忘了叫什么名字 比较好用 仿真 spice ultrsim 如租姿果混仿还有其他
比较好用 版图 lvs drc工具老得用dracurle(不拼写)
Synopsys 界面orcad 的capture 仿真hspice
版图还蔽蠢有ledit