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芯片设计和生产流程 大家都是电子行业的人 ，对芯片 ，对各种封装都了解不少 ，但是你 知道一个芯片是怎样设计出来的么 ？你又知道设计出来的芯片是 怎么生产出来的么 ？看完这篇文章你就有大概的了解。 复杂繁琐的芯片设计流程 芯片制造的过程就如同用乐高盖房子一样 ，先有晶圆作为地基 ，再层层往上 叠的芯片制造流程后 ，就可产出必要的 IC 芯片 （这些会在后面介绍 ）。然而 ， 没有设计图 ，拥有再强制造能力都没有用 ，因此 ，建筑师的角色相当重要。但是 IC 设计中的建筑师究竟是谁呢 ？本文接下来要针对 IC 设计做介绍。 在 IC 生产流程中 ，IC 多由专业 IC 设计公司进行规划、设计 ，像是联发 科、高通、Intel 等知名大厂 ，都自行设计各自的 IC 芯片 ，提供不同规格、效 能的芯片给下游厂商选择。因为 IC 是由各厂自行设计 ，所以 IC 设计十分仰赖 工程师的技术 ，工程师的素质影响着一间企业的价值。然而 ，工程师们在设计一 颗 IC 芯片时 ，究竟有那些步骤 ？设计流程可以简单分成如下。 设计第一步 ，订定目标 在 IC 设计中 ，最重要的步骤就是规格制定。这个步骤就像是在设计建筑前 ， 先决定要几间房间、浴室 ，有什么建筑法规需要遵守 ，在确定好所有的功能之后 在进行设计 ，这样才不用再花额外的时间进行后续修改。IC 设计也需要经过类 似的步骤 ，才能确保设计出来的芯片不会有任何差错。 规格制定的第一步便是确定 IC 的目的、效能为何 ，对大方向做设定。接着 是察看有哪些协定要符合 ，像无线网卡的芯片就需要符合 IEEE802.11 等规範 ， 不然 ，这芯片将无法和市面上的产品相容 ，使它无法和其他设备连线。最后则是 确立这颗 IC 的实作方法 ，将不同功能分配成不同的单元 ，并确立不同单元间连 结的方法 ，如此便完成规格的制定。 设计完规格后 ，接着就是设计芯片的细节了。这个步骤就像初步记下建筑的 规画 ，将整体轮廓描绘出来 ，方便后续制图。在 IC 芯片中 ，便是使用硬体描述 语言 （HDL）将电路描写出来。常使用的 HDL 有 Verilog、VHDL 等 ，藉由 程式码便可轻易地将一颗 IC 地功能表达出来。接着就是检查程式功能的正确性 并持续修改 ，直到它满足期望的功能为止。 ▲ 32 bits 加法器的 Verilog 范例。 有了电脑 ，事情都变得容易 有了完整规画后 ，接下来便是画出平面的设计蓝图。在 IC 设计中 ，逻辑合 成这个步骤便是将确定无误的 HDL code ，放入电子设计自动化工具 （EDA tool），让电脑将 HDL code 转换成逻辑电路 ，产生如下的电路图。之后 ，反 覆的确定此逻辑闸设计图是否符合规格并修改 ，直到功能正确为止。 ▲ 控制单元合成后的结果。 最后 ，将合成完的程式码再放入另一套 EDA tool ，进行电路布局与绕线 （PlaceAnd Route ）。在经过不断的检测后 ，便会形成如下的电路图。图中可 以看到蓝、红、绿、黄等不同颜色 ，每种不同的颜色就代表着一张光罩。至于光 罩究竟要如何运用呢 ？ ▲ 常用的演算芯片- FFT 芯片 ，完成电路布局与绕线的结果。 层层光罩 ，叠起一颗芯片 首先 ，目前已经知道一颗 IC 会产生多张的光罩 ，这些光罩有上下层的分别 ， 每层有各自的任务。下图为简单的光罩例子 ，以积体电路中最基本的元件 CMOS 为範例 ，CMOS 全名为互补式金属氧化物半导体 （Complementary metal– oxide–semiconductor ），也就是将 NMOS 和 PMOS 两者做结合 ，形成 CMOS。至于什么是金属氧化物半导体 （MOS ）？这种在芯片中广泛使用的元 件比较难说明 ，一般读者也较难弄清 ，在这裡就不多加细究。 下图中 ，左边就是经过电路布局与绕线后形成的电路图 ，在前面已经知道每 种颜色便代表一张光罩。右边则是将每张光罩摊开的样子。制作是 ，便由底层开 始 ，依循上一篇 IC 芯片的制造中所提的方法 ，逐层制作 ，最后便会产生期望的 芯片了。 至此 ，对于 IC 设计应该有初步的了解 ，整体看来就很清楚 IC 设计是一门 非常复杂的专业 ，也多亏了电脑辅助软体的成熟 ，让 IC 设计得以加速。IC 设 计厂十分依赖工程师的智慧 ，这裡所述的每个步骤都有其专门的