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  • 發布時間:2020-09-29 11:10 原文鏈接: 淺析新三板半導體的芯片設計(二)

    1. 功能設計階段:確定產品的應用場合,設定諸如功能、操作速度、接口規格消耗功率等規格制定,作為電路設計的依據。可同時規劃軟件模塊及硬件模塊的劃分。

    2. 設計描述和行為級驗證:依據功能將SOC(System-on-a-Chip,系統級芯片),劃分為若干功能模塊,并決定實現這些功能將要使用的IP核。此階段間接影響SOC內部架構、各模塊間互動的訊號,及未來產品的可靠性。之后,用VHDL 或Verilog 等硬件描述語言實現各模塊的設計,和電路仿真器進行功能驗證。該階段仿真未考慮電路實際延遲,也無法獲得精確結果。

    3. 邏輯合成:確定設計描述正確后,使用邏輯綜合工具(synthesizer)進行綜合。綜合過程中,需要選擇適當的邏輯器件庫(logic cell library),作為合成邏輯電路時的參考依據。綜合工具支持的HDL語法均是有限的,一些過于抽象的語法只適于作為系統評估時的仿真模型,而不能被綜合工具接受。

    4. 門級驗證:門級功能驗證是寄存器傳輸級驗證。主要的工作是要確認經綜合后的電路是否符合功能需求,一般利用門電路級驗證工具完成。注意,此階段仿真需要考慮門電路的延遲。

    5. 電路布局與繞線:將設計好的功能模塊合理地安排在芯片上,規劃好它們的位置。各模塊之間的連線通常比較長,因此,產生的延遲會嚴重影響SOC的性能,尤其在0.25微米制程以上,這種現象更為顯著。目前,這一個行業仍然是中國的空缺。

    整個集成電路市場IC設計將近1000億美元體量,前五名占據50%的市場份額,其中博通和高通占據30%。市場集中度非常高。

    美國最近升級對華為的打壓措施,禁止華為使用芯片設計中最常用的EDA軟件。

    EDA,電子設計自動化(Electronics Design AutomaTIon),作為計算機輔助工具,EDA工具軟件可大致可分為芯片設計輔助軟件、可編程芯片輔助設計軟件、系統設計輔助軟件等三類。可以進行電路設計與仿真,PCB自動布局布線,可輸出多種網表文件與第三方軟件接口。

    作為芯片設計的關鍵軟件技術,沒有EDA幾乎就無法研發出芯片,而高端的EDA軟件目前被Cadence、Synopsys、Mentor三家美國公司壟斷,這三家EDA軟件公司占據了國內95%的市場份額。

    根據芯片功能的不同,可以將集成電路可以分為 CPU、GPU、FPGA、AISC、存儲器、模擬電路等:

    (1) CPU

    中央處理器(CPU,Central Processing Unit)是一塊超大規模的集成電路,是一臺計算機的運算核心和控制核心。它的功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數據。

    CPU 根據架構的不同主要可以分為四類:

    X86:適合 windows 系統,ZL在英特爾和 AMD 的手中,其他廠商很難取得授權。

    ARM:適合手機和平板上的安卓和 IOS 系統,ZL在 ARM 公司手中,需要付費使用。

    MIPS、RISC-V:開源的指令集,可以免費使用,但是支持的應用生態較少。

    PowerPC:PowerPC 架構 CPU 主要被 IBM 用于其小型機上。

    從目前的 CPU 市場來看,國內在各類架構的 CPU 均有企業涉足,其中 ARM 架構的 CPU 海思取得了較大成功,MIPS 架構的 CPU 北京君正的在物聯網領域有較大優勢。

    (2) GPU

    圖形處理器(英語:Graphics Processing Unit,縮寫:GPU),又稱顯示核心、視覺處理器、顯示芯片,是一種專門在個人電腦、工作站、游戲機和一些移動設備(如平板電腦、智能手機等)上圖像運算工作的微處理器。目前,在桌面 GPU 市場,全球市場份額基本被英偉達和 AMD 占據,在手機 GPU 市場,以蘋果、高通和 ARM 的 GPU 為主。

    (3) FPGA

    FPGA 是現場可編程門陣列,是指一切通過軟件手段更改、配置器件內部連接結構和邏輯單元,完成既定設計功能的數字集成電路,又稱為"萬能芯片"。FPGA 的一大特點是可以通過編程實現任意芯片的邏輯功能,包括 ASIC、DSP 甚至 PC 處理器等。目前,FPGA 市場已經被 Xilinx 和 Atlera 兩大巨頭壟斷,合計占據 90%市場,擁有 6000 多項ZL對后來者形成了巨大的ZL壁壘。我國目前 FPGA 領域的參與者主要有紫光同創(紫光集團的子公司)、高云半導體、上海安路、京微齊力,與國際巨頭還有較大差距,主要以中低密度FPGA 為主,國內市場占有率不足 3%。


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