最近在準(zhǔn)備MBA，就經(jīng)常會(huì)聊到行業(yè)。一說(shuō)我在做芯片，在半導(dǎo)體行業(yè)，其它行業(yè)的兄弟姐妹們都會(huì)覺(jué)得這個(gè)行業(yè)很高大上。但其實(shí)，半導(dǎo)體也是發(fā)展了好幾十年了，這個(gè)行業(yè)很類似于房地產(chǎn)。下面我就用房地產(chǎn)舉例子來(lái)和大家說(shuō)說(shuō)半導(dǎo)體。

那么，到底什么是芯片呢？就是縮微的小區(qū)樓盤(pán)。

第一步：前期規(guī)劃

在首先要做一顆芯片，需要公司做市場(chǎng)調(diào)研，確定市場(chǎng)的需求，比如最近比較火爆的人工智能芯片、5G芯片、物聯(lián)網(wǎng)芯片等，對(duì)大方向做設(shè)定。

接著是芯片規(guī)格的制定，這是最重要的步驟，包括芯片需要達(dá)到的具體功能和性能方面的要求。它就像是在設(shè)計(jì)建筑前，先決定要幾間房間、浴室，有什么建筑法規(guī)需要遵守。

在確定好功能和性能之后，接著是察看有哪些協(xié)定要符合，才能確保設(shè)計(jì)出來(lái)的芯片不會(huì)有任何差錯(cuò)。像無(wú)線網(wǎng)卡的芯片就需要符合IEEE 802.11等規(guī)范，不然，設(shè)計(jì)出來(lái)的芯片將無(wú)法和市面上的產(chǎn)品相容。

最后則是確立這顆IC的實(shí)作方法，將不同功能分配成不同的單元，并確立不同單元間連結(jié)的方法，規(guī)格的制定就完成了。

第二步：設(shè)計(jì)并畫(huà)圖紙

根據(jù)客戶提出的規(guī)格要求，制定設(shè)計(jì)解決方案和具體實(shí)現(xiàn)架構(gòu)，劃分模塊功能，然后就是設(shè)計(jì)芯片的細(xì)節(jié)了。這個(gè)步驟就像初步記下建筑的規(guī)畫(huà)，將整體輪廓描繪出來(lái)，方便后續(xù)制圖。在IC芯片中，使用硬件描述語(yǔ)言（VHDL，Verilog HDL，業(yè)界公司一般都是使用后者）將模塊功能以代碼來(lái)描述實(shí)現(xiàn)，也就是將實(shí)際的硬件電路功能通過(guò)HDL語(yǔ)言描述出來(lái)，形成RTL（寄存器傳輸級(jí)）代碼。

接著就是仿真驗(yàn)證，它是檢驗(yàn)編碼設(shè)計(jì)的正確性，看設(shè)計(jì)是否精確地滿足了規(guī)格中的所有要求。規(guī)格是設(shè)計(jì)正確與否的黃金標(biāo)準(zhǔn)，一切違反，不符合規(guī)格要求的，就需要重新修改設(shè)計(jì)和編碼。設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證是反復(fù)迭代的過(guò)程，直到驗(yàn)證結(jié)果顯示完全符合規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)。

仿真驗(yàn)證通過(guò)，進(jìn)行邏輯綜合

有了完整規(guī)劃后，接下來(lái)便是畫(huà)出平面的設(shè)計(jì)藍(lán)圖。在IC設(shè)計(jì)中，邏輯綜合是將電路的行為級(jí)描述，特別是RTL級(jí)描述轉(zhuǎn)化成為門(mén)級(jí)表達(dá)的過(guò)程，也就是將代碼翻譯成各種實(shí)際的元器件。綜合需要設(shè)定約束條件，就是你希望綜合出來(lái)的電路在面積，時(shí)序等目標(biāo)參數(shù)上達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)。邏輯綜合需要基于特定的綜合庫(kù)，不同的庫(kù)中，門(mén)電路基本標(biāo)準(zhǔn)單元（standard cell）的面積，時(shí)序參數(shù)是不一樣的。所以，選用的綜合庫(kù)不一樣，綜合出來(lái)的電路在時(shí)序，面積上是有差異的。一般來(lái)說(shuō)，綜合完成后需要再次做仿真驗(yàn)證。

接著就是靜態(tài)時(shí)序分析，也就是套用特定的時(shí)序模型，針對(duì)特定電路分析其是否違反設(shè)計(jì)者給定的時(shí)序限制。然后是形式驗(yàn)證，這也是驗(yàn)證范疇，它是從功能上（STA是時(shí)序上）對(duì)綜合后的網(wǎng)表進(jìn)行驗(yàn)證。

從設(shè)計(jì)程度上來(lái)講，前面操作的結(jié)果就是得到了芯片的門(mén)級(jí)網(wǎng)表電路。

然后是DFT（可測(cè)性設(shè)計(jì)）?單元布局（(FloorPlan） ?時(shí)鐘樹(shù)綜合（CTS） ?布線(Place & Route) ? 版圖物理驗(yàn)證

DFT（可測(cè)性設(shè)計(jì)）。芯片內(nèi)部往往都自帶測(cè)試電路，DFT的目的就是在設(shè)計(jì)的時(shí)候就考慮將來(lái)的測(cè)試，目的是在設(shè)計(jì)的時(shí)候就考慮將來(lái)的測(cè)試。

時(shí)鐘樹(shù)綜合（CTS）：簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)就是時(shí)鐘的布線。由于時(shí)鐘信號(hào)在數(shù)字芯片的全局指揮作用，它的分布應(yīng)該是對(duì)稱式的連到各個(gè)寄存器單元，從而使時(shí)鐘從同一個(gè)時(shí)鐘源到達(dá)各個(gè)寄存器時(shí)，時(shí)鐘延遲差異最小。這也是為什么時(shí)鐘信號(hào)需要單獨(dú)布線的原因。

布線(Place & Route)：包括各種標(biāo)準(zhǔn)單元（基本邏輯門(mén)電路）之間的走線。

版圖物理驗(yàn)證：對(duì)完成布線的物理版圖進(jìn)行功能和時(shí)序上的驗(yàn)證。

整個(gè)IC設(shè)計(jì)流程都是一個(gè)迭代的過(guò)程，每一步如果不能滿足要求，都要重復(fù)之前的過(guò)程，直至滿足要求為止，才能進(jìn)行下一步。

物理版圖驗(yàn)證完成也就是整個(gè)芯片設(shè)計(jì)階段完成，下面的就是芯片制造了。

第三步，打地基，選材料

晶圓（wafer），是制造各式電腦芯片的基礎(chǔ)。我們可以將芯片制造比擬成用樂(lè)高積木蓋房子，經(jīng)過(guò)一層又一層的堆疊，完成自己期望的造型（也就是各式芯片）。然而，如果沒(méi)有良好的地基，蓋出來(lái)的房子就會(huì)歪來(lái)歪去，不合自己所意，為了做出完美的房子，便需要一個(gè)平穩(wěn)的基板。對(duì)芯片制造來(lái)說(shuō)，這個(gè)基板就是接下來(lái)將描述的晶圓。

晶圓的概念

晶圓是指硅半導(dǎo)體集成電路制作所用的硅晶片，由于其形狀為圓形，故稱為晶圓；在硅晶片上可加工制作成各種電路元件結(jié)構(gòu)，而成為有特定電性功能的IC產(chǎn)品。

首先，先回想一下小時(shí)候在玩樂(lè)高積木時(shí)，積木的表面都會(huì)有一個(gè)一個(gè)小小圓型的凸出物，經(jīng)過(guò)這個(gè)構(gòu)造，我們可將兩塊積木穩(wěn)固的疊在一起，且不需使用膠水。芯片制造，也是以類似這樣的方式，將后續(xù)添加的原子和基板固定在一起。因此，我們需要尋找表面整齊的基板，以滿足后續(xù)制造所需的條件。

在固體材料中，有一種特殊的晶體結(jié)構(gòu)──單晶（Monocrystalline）。它具有原子一個(gè)接著一個(gè)緊密排列在一起的特性，可以形成一個(gè)平整的原子表層。因此，采用單晶做成晶圓，便可以滿足以上的需求。

一整條的硅柱并無(wú)法做成芯片制造的基板，為了產(chǎn)生一片一片的硅晶圓，接著需要以鉆石刀將硅晶柱橫向切成圓片，圓片再經(jīng)由拋光便可形成芯片制造所需的硅晶圓。經(jīng)過(guò)這么多步驟，芯片基板的制造便大功告成，下一步便是堆疊房子的步驟，也就是芯片制造。

IC，全名積體電路（Integrated Circuit），由它的命名可知它是將設(shè)計(jì)好的電路，以堆疊的方式組合起來(lái)。使用這個(gè)方法，我們可以減少連接電路時(shí)所需耗費(fèi)的面積。下圖為 IC電路的3D圖，從圖中可以看出它的結(jié)構(gòu)就像房子的樑和柱，一層一層堆疊，這也就是為何會(huì)將IC制造比擬成蓋房子。

▲ IC芯片的3D剖面圖。（Source：Wikipedia）

第四步：裝修——芯片叫封裝測(cè)試

什么是封裝？

是指安裝半導(dǎo)體集成電路芯片用的外殼，起著安放、固定、密封、保護(hù)芯片和增強(qiáng)電熱性能的作用，是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁（芯片上的接點(diǎn)用導(dǎo)線連接到封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過(guò)印制板上的導(dǎo)線與其它器件建立連接）。

芯片封裝的作用主要有四個(gè)方面：固定引腳系統(tǒng)、物理性保護(hù)、環(huán)境性保護(hù)和增強(qiáng)散熱。

按照包裝材料，封裝可以分為：金屬封裝、陶瓷封裝和塑料封裝。

按照封裝外形可分類為：SOT、QFN、SOIC、TSSOP、QFP、BGA、CSP，這個(gè)是按照封裝形式和工藝越來(lái)越高級(jí)和復(fù)雜來(lái)排序。

完成封裝后，便要進(jìn)入測(cè)試的階段。

芯片測(cè)試的過(guò)程是將封裝后的芯片置于各種環(huán)境下測(cè)試其電氣特性，如消耗功率、運(yùn)行速度、耐壓度等。經(jīng)測(cè)試后的芯片，依其電氣特性劃分為不同等級(jí)。而特殊測(cè)試則是根據(jù)客戶特殊需求的技術(shù)參數(shù)，從相近參數(shù)規(guī)格、品種中拿出部分芯片，做有針對(duì)性的專門(mén)測(cè)試，看是否能滿足客戶的特殊需求，以決定是否須為客戶設(shè)計(jì)專用芯片，正確無(wú)誤之后便可出貨給組裝廠，做成我們所見(jiàn)的電子產(chǎn)品。至此，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)便完成了整個(gè)生產(chǎn)的任務(wù)。

第五步：對(duì)外銷售

房地產(chǎn)大家遇到的套路很多，芯片的叫做推廣，英文是“Promote"。一般房子銷售都是各種推介會(huì)，各種小廣告，芯片銷售跟這個(gè)有點(diǎn)類似，但也不一樣。比如都要打廣告、舉辦各種線下會(huì)議，讓人家知道你。還有，就是房子銷售要定制化需求，通過(guò)裝修滿足你的定制化需求，而芯片則是通過(guò)方案商完成差異化定制化。

第六步：售后

房子售后就是物業(yè)管理，如果房子有點(diǎn)小問(wèn)題，物業(yè)要及時(shí)解決，讓業(yè)主住的舒心。如果地產(chǎn)商口碑好，則以后的房子大家都愿意買。芯片售后也是一樣的道理，要客戶用的安心，如果有小問(wèn)題要及時(shí)解決，這樣客戶就會(huì)一直使用你的產(chǎn)品。如果口碑好，更多人就愿意用你的芯片。

通過(guò)以上的解釋，希望大家對(duì)半導(dǎo)體、對(duì)芯片有一個(gè)更為鮮活的了解。小編不易，歡迎贊賞！