芯片設(shè)計(jì)和制造流程簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)可以分四個(gè)階段的，功能/性能定義(需求分析),、IC設(shè)計(jì)(集成電路設(shè)計(jì))、IC制造(光刻機(jī)部分了),、封裝測(cè)試,。
芯片功能,、性能的定義。在做設(shè)計(jì)芯片之前要先定位,，這個(gè)芯片是用來(lái)干什么的,，它要性能指標(biāo)要達(dá)到什么樣的要求。比如,，廠(chǎng)家要出一個(gè)處理器芯片,，最簡(jiǎn)單的一點(diǎn)就要先確定這是一個(gè)多少位的CPU，多少核的,。
比如咱們買(mǎi)電腦的時(shí)候,，經(jīng)常看到電腦搭載的是英特爾64位四核處理器,。那么這個(gè)芯片在出廠(chǎng)之前,，英特爾就定好了，它是64位的,，里面有四個(gè)核心,。
64位是采用64位處理技術(shù)的CPU，簡(jiǎn)單理解就是處理器一次運(yùn)行64bit數(shù)據(jù),，這個(gè)數(shù)字越大說(shuō)明單次可以運(yùn)行的數(shù)據(jù)越多,，處理速度越快。
四核處理器就是基于單個(gè)半導(dǎo)體的一個(gè)處理器上擁有四個(gè)處理器核心,。并且四個(gè)核心的處理能力和功能是一樣,，可以同時(shí)運(yùn)行，所以業(yè)界將這樣的處理器稱(chēng)為真四核,。
然后還需要定義該芯片的其他的一些屬性,，比如I/O驅(qū)動(dòng)能力、功耗,、工作溫度等等,。
二、IC設(shè)計(jì)需要EDA軟件和IP核
如果這里翻車(chē),，也就沒(méi)光刻機(jī)什么事了,，這步驟包含的內(nèi)容非常之多，比如系統(tǒng)設(shè)計(jì)、算法設(shè)計(jì),、行為級(jí)描述/優(yōu)化,、邏輯綜合/優(yōu)化、仿真,、測(cè)試,、制版數(shù)據(jù)生成等等。
這里的IP跟咱們常熟知的IP地址中的IP不一樣,。它的全稱(chēng)是Intellectual property,，也就是知識(shí)產(chǎn)權(quán)。這些IP核心就是別人做好的模塊,，可以在設(shè)計(jì)中直接使用,。
軟銀集團(tuán)欲出售的ARM公司就是該環(huán)節(jié)的頭號(hào)玩家，據(jù)悉全球90%的智能手機(jī)的處理器都是用ARM的IP授權(quán),，蘋(píng)果,、高通、華為海思,、三星都是其客戶(hù),。
三、IP核也有三種不同程度的設(shè)計(jì)：軟核,，固核,，硬核。
軟核,，以加密源代碼的形式提供;簡(jiǎn)單理解就是提供代碼給你,，你還可以根據(jù)自研芯片的情況來(lái)調(diào)整和優(yōu)化，靈活性高,，對(duì)芯片廠(chǎng)商的技術(shù)要求較高,。
固核，介于軟核和硬核之間的一種核,。以門(mén)級(jí)網(wǎng)表提供,，除了完成軟核所有的設(shè)計(jì)外，還完成門(mén)級(jí)電路綜合和時(shí)序仿真等設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),。比如它完成了描述功能中一些比較關(guān)鍵的路徑進(jìn)行預(yù)先的布局布線(xiàn),，而其他部分仍然可以任由編譯器進(jìn)行相關(guān)優(yōu)化處理。
硬核,，完整后端設(shè)計(jì)的掩模了,，可理解為成品，拿去就可以用,。相當(dāng)于廠(chǎng)商跟你把需求完整分析后交付的,，將該考慮的全考慮進(jìn)去了，可靠性很高，但是靈活性就低了,。
通常芯片設(shè)計(jì)公司會(huì)根據(jù)自身的業(yè)務(wù),，以及IP核的特性，購(gòu)買(mǎi)不同的形態(tài)IP,，用在自己的芯片設(shè)計(jì)中,。IP核主要就是方便了設(shè)計(jì)的重用性，使得通用模塊可以被重復(fù)用,，省時(shí),、省力。
芯片設(shè)計(jì)公司自己設(shè)計(jì)IP核,，需要面對(duì)：
1,、專(zhuān)利保護(hù),，能否繞開(kāi)現(xiàn)有IP授權(quán)公司專(zhuān)利,。
2、巨大投入,，人力,、物力、時(shí)間,。
3,、夠不夠打，做出來(lái)了,，能不能與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手對(duì)抗,。
4、容錯(cuò)率低,，一旦設(shè)計(jì)不當(dāng),，滿(mǎn)盤(pán)皆輸。
華為海思采購(gòu)的是IP就是ARM公司授權(quán)的v8架構(gòu),，華為在其基礎(chǔ)上再進(jìn)行芯片設(shè)計(jì),。如果沒(méi)有ARM授權(quán)，不會(huì)在這么短的時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)如此優(yōu)秀的華為海思麒麟處理器,。
在5G時(shí)代,，新應(yīng)用、新產(chǎn)品將會(huì)層出不窮,，需求多且更加個(gè)性化,，要求芯片廠(chǎng)商以更快的速度推動(dòng)新產(chǎn)品上市。
現(xiàn)今的芯片廠(chǎng)商都在開(kāi)發(fā)5G SoC(系統(tǒng)芯片),，以便快速適應(yīng)5G技術(shù),，并將產(chǎn)品及時(shí)投放到市場(chǎng)。因此廠(chǎng)商需要考慮采用新工藝的芯片成本、功耗,、溫度,、算力多少?能否快速上市等問(wèn)題，而IP核的強(qiáng)大之處就在于這些它都幫你驗(yàn)證好了,。
系統(tǒng)SOC結(jié)構(gòu)是一種實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)功能的超大規(guī)模集成電路,，大家可以看到里面包含有大量的IP核，功能越復(fù)雜,，對(duì)IP核的依賴(lài)就越多,。
ARM的IP核授權(quán)，讓很多芯片設(shè)計(jì)公司省去了很多事,，該驗(yàn)證的環(huán)節(jié),、該考慮的因素，ARM可以全部解決;公司的產(chǎn)品可以快速上市,，占領(lǐng)市場(chǎng)先機(jī),。另外，ARM是一家純粹的IP授權(quán)公司,，以IP授權(quán)為核心的無(wú)晶圓半導(dǎo)體公司,，即只做IP授權(quán)，其他一概不涉及,。所以ARM聯(lián)合創(chuàng)始人發(fā)言稱(chēng),，若ARM被芯片廠(chǎng)商英偉達(dá)收購(gòu)，則對(duì)ARM來(lái)說(shuō)是個(gè)災(zāi)難,。
四,、國(guó)產(chǎn)IP核之路，任重道遠(yuǎn),。
有著“中國(guó)半導(dǎo)體IP之王”的芯原微電子,，成立至今已有19年，雖然其2019年在同類(lèi)公司中排名第七,，但是其短板也非常明顯,。
1、不具備CPU類(lèi)的IP,，擁有圖形處理器(GPU),、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器(NPU)、視頻處理器(NPU),、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和圖像信號(hào)處理器(ISP)五類(lèi)處理器IP,，以及 1400 多個(gè)數(shù)模混合IP 和射頻IP,。
2,、在嵌入式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器,、內(nèi)存編譯器等 IP 方面也沒(méi)有儲(chǔ)備。
3,、大部分IP是通過(guò)外部并購(gòu)而來(lái),，并非自主研發(fā)，說(shuō)明自研方面的技術(shù)儲(chǔ)備不夠,。
但是,，芯原所積累的經(jīng)驗(yàn)非常寶貴，因?yàn)樗滥男㊣P是目前沒(méi)有辦法介入,，半導(dǎo)體哪些領(lǐng)域的IP值得去投入,，這樣就可以少走很多彎路。比如芯原在這么多年的積累就指出,，RISC-V (RISC-FIVE)將會(huì)是中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)的全新機(jī)遇,，RISC-V 是第五代基于 RISC(精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī))的 指令集架構(gòu)，因具備自由開(kāi)放,、成本低,、功耗低等方面的優(yōu)勢(shì)，受到全球廣泛關(guān)注,。
在2019國(guó)際芯片大會(huì)(Chips 2019)上,，中國(guó)工程院院士倪光南在展望開(kāi)源芯片前景時(shí)曾表示：“RISC-V很可能發(fā)展成為世界主流CPU之一，在CPU領(lǐng)域形成英特爾,、ARM、RISC-V三分天下的格局,?！?/p>
在5G這個(gè)萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代，RISC-V的輕量級(jí),，靈活性,，更符合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的碎片化特性。國(guó)內(nèi)目前圍繞RISC-V 架構(gòu)開(kāi)發(fā)和使用的企業(yè)已有上百家企業(yè),。比如華為海思,、阿里的平頭哥、中天微,，兆易創(chuàng)新,、華米科技、嘉楠科技,、北京君正以及獲得小米投資的芯來(lái)科技,。
RISC-V 儼然為中國(guó)提供了在 X86 與 ARM 架構(gòu)之外的第三條自主化路徑。英特爾靠X86在PC時(shí)代叱咤風(fēng)云,，ARM靠RISC在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代處于浪潮之巔,，當(dāng)今,，只有牢牢把握IP核才能引領(lǐng)5G和物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。