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芯片技术

芯片,是所有电子设备的“大脑”,手机、电脑、家用电器、汽车..都离不开芯片。当前火热的AI、物联网、VR、大数据、云计算也都离不开芯片的支撑。因此,中国芯片技术,才不会受制于人,像中兴事件才不会重演。如果你是ic从业者或者ic相关专业学生,那么如何进行芯片设计,芯片的生产制造工艺流程是怎样的,以及芯片封装、芯片测试等等,都应该有所了解。

芯片技术

中国芯片技术

芯片有多重要?还记得曾经闹得沸沸扬扬的斯诺登事件吗,当时人们普遍有个疑问:为什么美国能够做到监听、监视全世界?原因就在于,美国的信息网络科技力量异常强大,全世界都高度依赖美国的信息网络技术,而芯片就是其中的关键技术。美国政府对于核心芯片技术的控制从来就没有停止过。


中国芯片技术发展现况


据中商产业研究院发布的《2018-2023年中国集成电路产业市场前景及投资机会研究报告》数据显示,2017年中国集成电路产业全年产业规模达到5430.2亿元,同比增长20.2%。预计2018年中国集成电路产业规模将超6000亿元,达到6489.1亿元,同比增长19.5%。


上述芯片数据不可以说不靓丽。然而美国对中兴下的一纸禁令,如一盆凉水,让国人看到中国芯片技术受制于人。站在中美贸易摩擦的风口浪尖,中兴成了美国打击中国信息技术产业的“活靶子。面对中美贸易战的再度升级,中国芯片技术发展如何,芯片如何设计,芯片的生产制造工艺流程、芯片封装、芯片测试等等,我们都应该有所了解。


一份由半导体协会和工信部中国电子信息产业发展研究院公布的2017年国内十大集成电路设计/制造行业的最新排名报告显示,在国内前十大集成电路设计企业当中,华为海思半导体以361亿元销售额排名第一;清华紫光展锐以110亿元排名第二;中兴微电子以76亿元排名第三。随后的还有华大半导体、智芯微电子、汇顶科技、士兰微电子、敦泰科技(深圳)有限公司、格科微电子和中星微电子。


芯片设计位于半导体产业的最上游,是半导体产业最核心的基础,拥有极高的技术壁垒,需要大量的人力、物力投入,需要较长时间的技术积累和经验沉淀。目前,国内企业在 CPU 等关键领域与国外企业仍有较大的技术差距,短时间内实现赶超具有很大难度。但从近几年的产业发展来看,技术差距正在逐步缩小。同时,在国家大力倡导发展半导体的背景下,逐步实现芯片国产化可期。


芯片设计流程


集成电路设计的流程一般先要进行软硬件划分,将设计基本分为两部分:芯片硬件设计和软件协同设计。


芯片硬件设计包括:1.功能设计阶段;2.设计描述和行为级验证;3.逻辑综合;4.门级验证(Gate-Level Netlist Verification);5.布局和布线。


芯片生产制造流程


一颗芯片的制造工艺非常复杂,一条生产线大约涉及50多个行业、2000-5000道工序。就拿代工厂来说,需要先将“砂子”提纯成硅,再切成晶元,然后加工晶元。晶元加工厂包含前后两道工艺,前道工艺分几大模块——光刻、薄膜、刻蚀、清洗、注入;后道工艺主要是封装——互联、打线、密封。其中,光刻是制造和设计的纽带。


中国芯片技术

芯片设计

芯片,指的是内含集成电路的硅片,一个2厘米见方大小的芯片却能包含几千万个晶体管。一颗芯片的诞生,可以分为设计与制造两个环节。其中,芯片设计位于半导体产业的最上游,是半导体产业最核心的基础,拥有极高的技术壁垒,需要大量的人力、物力投入,需要较长时间的技术积累和经验沉淀。


我国芯片设计现况


目前我国芯片设计业的产品范围已经涵盖了几乎所有门类,且部分产品已拥有了一定的市场规模,但我国芯片产品总体上仍然处于中低端。国内企业在 CPU 等关键领域与国外企业仍有较大的技术差距,短时间内实现赶超具有很大难度,还无法与国外产品展开竞争。但从近几年的产业发展来看,技术差距正在逐步缩小。同时,在国家大力倡导发展半导体的背景下,逐步实现芯片国产化可期。


芯片设计过程


1.电路设计:依据电路功能完成电路的设计。

2.前仿真:电路功能的仿真,包括功耗,电流,电压,温度,压摆幅,输入输出特性等参数的仿真。

3.版图设计(Layout):依据所设计的电路画版图。一般使用Cadence软件。

4.后仿真:对所画的版图进行仿真,并与前仿真比较,若达不到要求需修改或重新设计版图。

5.后续处理:将版图文件生成GDSII文件交予Foundry流片。


芯片设计流程


集成电路芯片设计的流程一般先要进行软硬件划分,将设计基本分为两部分:芯片硬件设计和软件协同设计。芯片硬件设计包括:


1.功能设计阶段:设计人员产品的应用场合,设定一些诸如功能、操作速度、接口规格、环境温度及消耗功率等规格,以做为将来电路设计时的依据。

2.设计描述和行为级验证:功能设计完成后,可以依据功能将SOC 划分为若干功能模块,并决定实现这些功能将要使用的IP核。

3.逻辑综合:确定设计描述正确后,可以使用逻辑综合工具(synthesizer)进行综合。

4.门级验证(Gate-Level Netlist Verification):门级功能验证是寄存器传输级验证。主要的工作是要确认经综合后的电路

5.布局和布线:布局指将设计好的功能模块合理地安排在芯片上,规划好它们的位置。布线则指完成各模块之间互连的连线。


芯片生产

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