集成电路后端设计概述共154页文档
IC后端设计
IC后端设计ic后端设计IC（“集成电路”）产业是全球高新技术产业的前沿与核心，是最具活力和挑战性的战略产业。
自2000年来，在国家政策的大力支持下，我国集成电路产业得到了长足的发展，而作为集成电路产业最前沿的设计业更是呈现出“百花齐放”的繁荣景象,作为产业命脉的IC 设计人才，在IC产业最集中的长三角地区也仅仅只有几千人。
所以拥有一定工作经验的设计工程师，目前已成为人才猎头公司，比如烽火猎聘公司争相角逐的“宠儿”。
IC后端设计是指将前端设计产生的门级网表通过EDA设计工具进行布局布线和进行物理验证并最终产生供制造用的GDSII数据的过程。
其主要工作职责有：芯片物理结构分析、逻辑分析、建立后端设计流程、版图布局布线、版图编辑、版图物理验证、联络代工厂并提交生产数据。
作为连接设计与制造的桥梁，合格的版图设计人员既要懂得IC设计、版图设计方面的专业知识，还要熟悉制程厂的工作流程、制程原理等相关知识。
正因为其需要掌握的知识面广，而国内高校开设这方面专业比较晚，IC后端设计工程师的人才缺口更为巨大。
数字后端设计流程1. 数据准备。
对于CDN 的Silicon Ensemble而言后端设计所需的数据主要有是Foundry厂提供的标准单元、宏单元和I/O Pad的库文件，它包括物理库、时序库及网表库，分别以.lef、.tlf和.v 的形式给出。
前端的芯片设计经过综合后生成的门级网表，具有时序约束和时钟定义的脚本文件和由此产生的.gcf约束文件以及定义电源Pad的DEF（DesignExchange Format）文件。
(对synopsys 的Astro 而言，经过综合后生成的门级网表，时序约束文件SDC是一样的,Pad的定义文件--tdf ，.tf 文件--technology file，Foundry厂提供的标准单元、宏单元和I/OPad 的库文件就与FRAM, CELL view, LM view 形式给出(Milkway 参考库and DB, LIB file)2. 布局规划。
专用集成电路设计方法讲义6_IC后端设计概述
Netlist In →Expand… ( cmCmdExpand )
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Create Starting Cell & Bind Netlist to Cell
新建一个单元，建立与网表的关联
Library → Open…（geOpenLib）
从这里开始，后面所 以的操作都是在这个 Cell上进行的！
规定工艺上的层次定义 (如颜色，显示，设计规则，接触孔代码和电容 查找表)，还规定了布局布线应当遵守的规则，如金属的最小间距, VIA 的规则等 包含每个单元的CELL View, FRAM View, TIM View和PWR View
2 单元库 (标准单元STD 和I/O 库)
3 子库：一般是Macro或Block的LEF或者GDSII文件生成 4 综合后网表文件 (Verilog, VHDL或edif 格式均可) 5 约束Pad位置的TDF 文件 6 综合后给出的时序约束文件 (.SDF, .SDC 格式) 其中1, 2为流片厂提供，3: 一般是自己做的宏模块(如Analog 模块 或者RAM, ROM 宏单元), 6: 不做时序驱动 (Timing Driven)的布局 布线时可以不需要
FRAM View
SMASH View
TIM View
PWR View
FILL View
NETL View
EXP View
Apollo/Astro布线时用的是单元的FRAM View (叫框图)，忽略 里面的具体信息；显示的时候缺省是FRAM View.
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Introduction: CELL View vs. FRAM View
集成电路设计概述
布图设计方法（布图风格划分）
CD CP CT V yn
小批量的产品：减小设计费用； 大批量的产品：提高工艺水平，减小芯片尺寸， 增大圆片面积
全定制设计
版图设计时采用人工设计，对每个器件进行优化， 芯片性能获得最佳，芯片尺寸最小 设计周期长，设计成本高，适用于性能要求极高 或批量很大的产品，模拟电路 符号式版图设计：用一组事先定义好的符号来表 示版图中不同层版之间的信息，通过自动转换程 序转换 举例：棍图：棍形符号、不同颜色
原理图输入 模拟单元库
电路模拟与验证
逻辑和电路设计的输出：网表（元件及其连接关系）或逻
辑图、电路图 软件支持：逻辑综合、逻辑模拟、电路模拟、时序分析等软 件 (EDA软件系统中已集成)
实际设计流程
3. 版图设计
概念：根据逻辑与电路功能和性能要求以及工艺 水平要求来设计光刻用的掩膜版图， IC设计的最终输出。 什么是版图？一组相互套合的图形，各层版图相 应于不同的工艺步骤，每一层版图用不同的图案来 表示。 版图与所采用的制备工艺紧密相关
单元拼接 单元高度：器件宽度，（考虑最小延迟，最省面积，足够高度 以保证电源线、地线、单元内部连线）
设计的基本过程 （举例）
功能设计 逻辑和电路设计 版图设计
集成电路设计的最终输出是掩膜版图，通过制版 和工艺流片可以得到所需的集成电路。 设计与制备之间的接口：版图
主要内容
IC设计特点及设计信息描述 典型设计流程 典型的布图设计方法及可测性设计技术
设计特点和设计信息描述
标准单元库：标准单元库中的单元是用人工优化设计的，力求 达到最小的面积和最好的性能，完成设计规则检查和电学验证
第1章-集成电路设计概述
2 *
第一章 集成电路设计概述
➢1.1 集成电路的发展
1.2 集成电路设计流程及设计环境 1.3 集成电路制造途径 1.4 集成电路设计知识范围
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3
认识晶圆和集成电路
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4
裸片
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5
键合(连接到封装的引脚)
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6
封装，成品
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7
应用
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8
➢1.1 集成电路的发展
1.2 集成电路设计流程及设计环境 1.3 集成电路制造途径 1.4 集成电路设计知识范围
Schematic
Simulation
Layout
L=2 W= 10 Model: 2.5V NPN
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1.1 集成电路的发展 1.2 集成电路设计流程及设计环境 1.3 集成电路制造途径 1.4 集成电路设计知识范围
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国内可用Foundry(代客户加工)厂家
厂家
工艺
备注
华晶上华 上海先进艺、电路规模和产品的发展概 况
年份 1947 1950 1961 1966 1971 1980 1990 2000 2003
工艺
产品芯 片上大 约晶体 管数目
典型 产品
晶体 分立元
管
件
SSI
MSI
LSI
VLSI ULSI
1
1
10
100-1K 1K-20K 20K-1M
1M10M
*
9
1.1 集成电路的发展
• 1947年12月16日, 美国贝尔实
验室(Bell-Lab) , William Shockley领导的研究小组发现 了晶体管效应。☆
1-集成电路设计概述 共50页
机完成的工作量超过4000亿人年工作量。美国欧特 泰克公司认为：微处理器、宽带连接和智能软件将 是21世纪改变人类社会和经济的三大技术创新。
1.1 集成电路（IC）的发展
集成电路的发展水平的标志
• IC加工工艺的特征尺寸 (MOS晶体管的最小栅长、最小金属线宽)
4004
1971
8008
1972
8080
1974
8086
1978
286
1982
386
1985
486DX
1989
Pentium® 1993
Pentium II 2019
Pentium III 2019
Pentium 4 2000
Transistors 2,250 2,500 5,000 29,000 120,000 275,000 1,180,000 3,100,000 7,500,000 24,000,000 42,000,000
单片集成电路晶体管数
1.1 集成电路（IC）的发展
特征尺寸
人类头发丝 变形虫
红血球细胞
艾滋病毒
1.1 集成电路（IC）的发展
巴克球
电源电压
1.1 集成电路（IC）的发展
平均每个晶体管价格
1.1 集成电路（IC）的发展
摩尔定律还能维持多久？
• 经过30多年，集成电路产业的发展证实了摩尔定律的 正确性，但是摩尔定律还能有多长时间的生命力？
单个芯片上的晶体管数
600 500 400 300 200 100
0 1997 1999 2001 2003 2006 2009
晶体管数
《集成电路设计》课件
通过随机抽样和概率统计的方法，模 拟系统或产品的失效过程，评估其可 靠性。
可靠性分析流程
确定分析目标
明确可靠性分析的目 的和要求，确定分析 的对象和范围。
进行需求分析
分析系统或产品的使 用环境和条件，确定 影响可靠性的因素和 条件。
进行失效分析
分析系统或产品中可 能出现的失效模式和 原因，确定失效对系 统性能和功能的影响 。
DRC/LVS验证
DRC/LVS验证概述
DRC/LVS验证是物理验证中的两个重要步骤，用于检查设计的物 理实现是否符合设计规则和电路图的要求。
DRC验证
DRC验证是对设计的物理实现进行规则检查的过程，以确保设计的 几何尺寸、线条宽度、间距等参数符合设计规则的要求。
LVS验证
LVS验证是检查设计的物理实现与电路图一致性的过程，以确保设 计的逻辑功能在物理实现中得到正确实现。
版图设计流程
确定设计规格
明确设计目标、性能指标和制造工艺要求 。
导出掩模版
将最终的版图导出为掩模版，用于集成电 路制造。
电路设计和模拟
进行电路设计和仿真，以验证电路功能和 性能。
物理验证和修改
进行DRC、LVS等物理验证，根据结果进 行版图修改和完善。
版图绘制
将电路设计转换为版图，使用专业软件进 行绘制。
集成电路设计工具
电路仿真工具
用于电路设计和仿真的软件， 如Cadence、Synopsys等。
版图编辑工具
用于绘制版图的软件，如Laker 、Virtuoso等。
物理验证工具
用于验证版图设计的正确性和 可靠性的软件，如DRC、LVS等 。
可靠性分析工具
用于进行可靠性分析和测试的 软件，如EERecalculator、 Calibre等。
《微电子学概论》第五章集成电路设计
数字信号处理器
数字信号处理器是专门用于数字信 号处理的集成电路，具有高速、高 精度、低功耗等特点，广泛应用于 通信、音频处理等领域。
可编程逻辑器件
可编程逻辑器件是一种可以通过编 程实现各种逻辑功能的集成电路， 如FPGA和CPLD等，广泛应用于数 字系统的设计和实现。
模拟集成电路设计实例
《微电子学概论》第五章集成电路 设计
目 录
• 集成电路设计概述 • 集成电路设计原理 • 集成电路设计实例 • 集成电路设计的挑战与未来发展
01 集成电路设计概述
集成电路设计的定义与重要性
集成电路设计的定义
集成电路设计是指将系统、电路、电 子元器件、工艺等集成在一个芯片上 ，实现特定功能的过程。
可靠性设计原则
分析可靠性设计的基本原则和策 略，如冗余设计、降额设计等。
环境适应性设计
介绍如何提高集成电路在不同环 境下的适应性和可靠性，如温度
适应性设计、抗辐射设计等。
03 集成电路设计实例
数字集成电路设计实例
微处理器
微处理器是数字集成电路设计的 经典实例，它集成了运算器、控 制器和存储器等功能，实现了计
集成电路物理设计
电路模拟与优化
介绍电路模拟的基本原理 和方法，以及电路优化的 策略和技术。
布局与布线
分析布局和布线对集成电 路性能的影响，以及布局 布线的基本原则和技巧。
时序分析
介绍时序分析的基本概念 和方法，以及如何确保集 成电路的时序正确性靠性评估的基本方法和技 术，如寿命预测、失效分析等。
混合信号集成电路设计实例
数字模拟转换器
数字模拟转换器是混合信号集成电路设计的实例之一，用于将数 字信号转换为模拟信号，广泛应用于音频、图像等领域。
IC后端设计范文
IC后端设计范文IC后端设计指的是集成电路的后端设计，即将电路设计中的原理图和逻辑综合结果转化为在硅片上实际实现的物理版图设计。
根据不同的要求和设计目标，IC后端设计包括了芯片布局、布线、时钟树设计、功耗优化、时序收敛等方面。
首先，IC后端设计的第一步是芯片布局。
在芯片布局阶段，设计师需要根据逻辑设计和功能需求，在物理空间上确定各个模块的相对位置和相互连接方式。
布局的核心目标是最小化电路的面积，并提高模块之间的信号传输效率和功耗控制。
在一些复杂的设计中，还需要考虑芯片功耗、噪声、产线制造等方面的因素。
然后是布线阶段。
布线是将芯片布局得到的模块之间的连接线路进行具体的物理布线，包括了全局布线和局部布线。
全局布线主要是将芯片内部的主要信号传输路径进行布线，通过优化布线路径和长度，最小化延迟和功耗。
局部布线主要是修复布局阶段留下的一些冲突和破坏，保证芯片的电性能和逻辑功能。
接下来是时钟树设计。
时钟是IC设计中最重要的信号之一，它需要在整个芯片上有稳定、低功耗并满足时序要求的分布。
时钟树设计包括时钟的划分、布线、缓冲器的布置等，它需要考虑时钟信号在时序和功耗中的各种关系，并进行合理的权衡和优化。
此外，IC后端设计还包括功耗优化。
在现代芯片设计中，功耗已经成为了一个非常重要的设计指标。
功耗优化旨在通过合理的电源规划、适当的电源管理和优化的电路设计等方式，最小化芯片的功耗，延长电池寿命并减少芯片的发热问题。
最后是时序收敛。
时序收敛是指将逻辑设计的时序需求和芯片后端设计阶段的物理约束一致，使得芯片在工作时能够满足时钟的周期性要求。
时序收敛主要包括时序分析和静态时序优化两个环节，通过延迟预测和修复、DC复用、反转器插入、时钟树优化等方式，提高芯片的时序性能。
综上所述，IC后端设计是将逻辑电路综合结果转化为物理版图设计的过程，包括芯片布局、布线、时钟树设计、功耗优化和时序收敛等方面。
通过合理的设计和优化，可以最小化芯片的面积、功耗和延迟，提高芯片的性能和可靠性。
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集成电路后端设计概述
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生