芯片设计系列篇(二)，芯片设计之四大反向设计步骤

对于芯片设计，小编在前面的文章中做过一些介绍，而这些关于芯片设计的介绍基于芯片反向设计。本文中，为保证大家对可完全理解芯片设计环节，将对反向芯片设计的四大流程加以介绍。希望大家在本文中，能获取一些新的思考。

一、反向设计总体规划在进行一块新品芯片的开发前期必须要有一个设计总体规划，其中最主要的问题就是，这颗芯片是否能带来收益，毕竟公司要靠产品吃饭。如何评估芯片能否带来收益?这需要多年的经验才能进行准确的评估。一般是看市场上哪几款芯片销量好，并且未来几年的销量看涨，并且评估本公司是否有能力设计并且有渠道销售出去。要考虑的芯片成本有以下几项：1，芯片拍片成本;2，芯片从立项到交货的时间成本，时间过程导致芯片即使设计出来了，市场已经不需要了;3，流片成本;4，工具软件的授权使用成本;5，测试成本，包括CP测试和成品测试以及搭建测试平台所需要的其它成本;6，封装成本。将这些成本进行适当预估之后，再来看收益。对于收益这块，这是和市场的需求和销量走向有关，需要涉及到许多其他方面的考虑。在收益问题解决了之后，明确此项目可以获得收益，那么就可以正式开工，前面说的一堆东西其实就是项目可行性分析的一部分。但其实有些公司并不会考虑那么多，因为这些可行性分析本身非常困难。反向哪一家的芯片?选择大公司的芯片进行反向一般来说成功率会更高。选定芯片后就进行拍片了，芯片进行解剖拍片一般周期在1周到1个月之间，这视芯片的大小而定。

二、工艺选择这个要依据拍片回来的芯片版图来决定，通过对芯片版图的识别，判断待反向的芯片版图使用的工艺是什么，再根据公司自己拥有的工艺文件(这些工艺文件都由国内或者国外的芯片制造厂提供，前提是公司得与它们合作才能得到工艺文件)，两者进行比对，选择一个适合的工艺进行后续的仿真、版图绘制和流片。工艺选择的问题，需要对公司所拥有的工艺非常熟悉，并且对版图也要熟悉的工程师来解决，他要能够通过版图明确的识别所用的工艺。当然，工艺有时候会在设计过程中反复的更换，因为会有许多参数、流片成功率等各种复杂因素的考量。这一步其实也就叫工艺可行性分析，其实也应该归于项目可行性分析的一部分，但是由于必须要拍片才能进行，所以只能单独说明。

三、版图提取在上一步工艺可行性分析完之后，确认有工艺可以和该版图匹配，那么就可以进行版图提取工作。这部分的工作其实主要是识别版图中的管子并用符号表示出来。所用到工具有NetEditorLite或者ChipAnalyzer,这是版图提取工具，在不同的公司进行芯片拍片，会用到不同的版图提取工具。该类软件的作用就是一个图片查看器，拍摄的版图就是数据就是照片。cadence IC5141 里的virtuoso schematic软件，这是电路图绘制软件。整个工作的流程是用NetEditorLite或者ChipAnalyzer打开拍片的芯片版图数据，人工肉眼识别里面的管子(二极管、三极管、MOS管之类)，再使用virtuoso schematic将管子用符号表示出来，并把管子之间的连接关系连接上。版图提取所要注意的问题：初次进行版图提图，可能会不认识管子，需要有经验的人来帮助识别，熟悉之后就容易了;不同工艺的版图管子的形状是不一样的，所以碰到不认识的管子，要么靠别人帮忙，要么就只能自己去推理;要有良好的管子命名习惯，这个每个公司都应该有规定的，这对于后续的工作会有很大帮助;尽量按照版图的布局来放置管子的布局(在virtuoso schematic上的电路图布局)，这样可以加快以后对比电路图和版图时找管子的速度;在整理提取出的电路时一定要新建一个电路图来放置整理的电路，不要在刚提取的电路图上整理，方便整理时和版图数据对比。

四、电路整理在版图提取完毕之后，下一个步骤就是电路整理。提取完的电路图是混乱的，没有层次关系。那么如何将其整理成具有层次关系，让人一看就懂呢?1、这就涉及到有关芯片的一些常识了。芯片分为数字芯片和模拟芯片，但是数字芯片必定会包含模拟电路，而模拟芯片却可以不包含数字电路。它们有如下一般特征：A、数字芯片，必有时钟振荡电路、复位电路这些模拟电路。必有寄存器，而且整个数字部分最耗面积的部分往往都是寄存器。寄存器的使用量是很大的，因此，在版图上呈现的就是有大数量的图像一模一样的电路，这种电路往往都是寄存器。B、模拟芯片，有带隙基准电路。2、说完了芯片版图常识，另外一个重要的有助于理解所提取的电路的工具就是待反向的芯片的数据手册!这是最重要的，我们所有有关于芯片的信息都是从数据手册上得来的。所以一定要善用DATASHEET!在芯片数据手册上，一般会对芯片的功能进行说明，对芯片如何运行进行说明，这些说明将有助于我们对于电路的整理。比如说，芯片手册上说道用了I2C，那么电路中肯定有一大块电路是属于I2C的。一般来说，版图的布局都是将同属于一种功能的管子会集中放置在一起。I2C电路的特征，从I2C协议的原理上可以知道，它就两根信号线，一根时钟，另一根数据线。数据在芯片内部一般是并行传输比较方便，所以，I2C电路一定会有串并转换电路，而串并转换电路一般是寄存器，而且一般是8位。根据这个推断结果，就在提取的电路中去寻找8个在一起的寄存器，它们其中一组就是I2C电路的一部分，再根据芯片版图的I2C PAD位去寻找，看连接到了那一组寄存器上，那么整个I2C的电路就被识别出来了。因此，a、靠着芯片手册对芯片功能的说明，b、加上芯片的一些常识性知识，c、加个人的这种对电路原理的推理，就可以相对较快的将电路分层次的整理出来。逐步的理解整个芯片的原理。当然，由于芯片电路的庞大的关系，有时候电路并不是需要完全理清楚，对于不那么重要的电路可以不理会。只要保证连接关系没连接错就行。这阶段，只会用到cadence ic5141的virtuoso schematic软件。

本文中主要讲解了有关“芯片设计”中的反向设计的前四大步骤，小编将在后面的文章里对剩余的几大步骤加以介绍，希望有兴趣的朋友继续关注哦。

芯片设计系列篇(一)，反向芯片设计超详细介绍

芯片设计是常聊话题，其中芯片设计包含正向设计和反向设计。本文对芯片设计的讲解，主要在于介绍芯片反向设计。希望本文对反向设计的详细讲解，能帮助大家更好理解芯片设计的流程。

那么问题来了，什么是芯片反向设计?它是通过对芯片内部电路的提取与分析、整理，实现对芯片技术原理、设计思路、工艺制造、结构机制等方面的深入洞悉，可用来验证设计框架或者分析信息流在技术上的问题，也可以助力新的芯片设计或者产品设计方案。

芯片反向工程的意义：现代IC产业的市场竞争十分激烈，所有产品都是日新月异，使得各IC设计公司必须不断研发新产品，维持自身企业的竞争力。IC设计公司常常要根据市场需求进入一个全然陌生的应用和技术领域，这是一件高风险的投资行为。并且及时了解同类竞争对手芯片的成本和技术优势成为必然的工作。如果让工程师在最短的时间以最有效率的方式设计电路才是最难解决的问题，逆向工程看来是其中一个解决方案。逆向工程能将整颗IC从封装，制成到线路布局，使用将内部结构，尺寸，材料，制成与步骤一一还原，并能通过电路提取将电路布局还原成电路设计。

目前，国外集成电路设计已经非常成熟，国外最新工艺已经达到10nm，而国内才正处于发展期，最新工艺达到了28nm。有关于集成电路的发展就不说了，网络上有的是资料。对于IC设计师而言，理清楚IC设计的整个流程对于IC设计是非常有帮助的。然而，网络上似乎并没有有关于IC设计整个流程的稍微详细一点的介绍，仅仅只是概略性的说分为设计、制造、测试、封装等四大主要板块，有的资料介绍又显得比较分散，只是单独讲某个细节，有的只是讲某个工具软件的使用却又并不知道该软件用于哪个流程之中，而且每个流程可能使用到的工具软件也不是太清楚(此观点仅为个人经历所得出的结论，并不一定真是这样)。

芯片正向设计与反向设计。目前国际上的几个大的设计公司都是以正向设计为主，反向设计只是用于检查别家公司是否抄袭。当然，芯片反向工程原本的目的也是为了防止芯片被抄袭的，但后来演变为小公司为了更快更省成本的设计出芯片而采取的一种方案。目前国内逐渐往正向设计转变的公司也越来越多，正逐渐摆脱对反向设计的依赖。当然，正处于发展初期的公司也不少，自然反向设计也是不少的。本文章从芯片反向设计开始进行总结。“工欲善其事，必先利其器”。随着集成电路的不断发展，不管是芯片正向设计还是反向设计，它们对于工具的依赖性越来越强，因此，在要开始讲设计流程之前，先来看一看，我们到底会用到哪些主要的工具和辅助性的软件。

主要工具软件说到设计工具，就不能不提到三大EDA厂商——cadence,synopsys,mentor。这三家公司的软件涵盖了芯片设计流程的几乎所有所能用到的工具。首先是cadence公司，这家公司最重要的IC设计工具主要有candence IC系列，包含了IC 5141(目前最新版本是IC617)，NC_VERILOG(verilog仿真),SPECTRE(模拟仿真),ENCOUNTER(自动布局布线)等等synopsys公司，最出名的是它的综合工具design complier，时序分析工具prime time,模拟仿真工具hspice等;mentor公司最出名的工具是calibre(版图DRC LVS检查),modelsim(verilog仿真)。这些都是IC设计最常用的工具，无论是正向设计还是反向设计。当然，随着软件版本的更新迭代，软件的名字可能有所变更，并不是上述的那些名称。另外，这些工具主要集中在以linux为内核的操作系统上，主要代表有Red Hat。所以有关unix\linux类操作系统的知识还是有必要学的，该类系统与windows系统有很大的不同，要想学会使用这些软件，首先要学习这些操作系统的相关知识，具体资料网上有很多。部分工具有windows版本，例如hspice，Modelsim。

辅助类工具软件当然，除了这三大EDA厂商的IC设计工具外，Altera 、Xilinx、Keil Software这三家公司的软件quartus ii、ISE、KEIL开发环境等，都是对于IC设计流程中比不可少的工具。它们分别是用于FPGA、单片机ARM芯片的开发。这类软件在芯片的CP测试和芯片应用方案开发上会有用到。版图提取工具，NetEditorLite、ChipAnalyzer，这两个工具主要是针对芯片反向设计而言的。算法设计工具，MATLAB，此工具应用范围很广，但对于芯片设计来说，它较为适用于算法原型开发,例如，通信算法。PCB版图工具，Altium Designer,Orcad，Allegro。其中，目前Orcad,Allegro是属于cadence电路系统设计套件内的主要软件，而Altium Designer是最常用的软件，它的前身是Protel。Labview与数字源表，这一对软硬件主要用于芯片电气参数的半自动化测试，特别是模拟芯片。其目的是芯片设计公司用于分析芯片样品参数用。对于这些工具的该如何使用，我会在下面的文章中进行说明。ps:没有具体说明软件使用环境的，一般是在windows环境下使用。先从反向设计说起。下面是我整理的芯片反向设计的流程图。

以上便是小编此次为大家带来的有关“芯片设计”的所有内容，在接下来的文章里，小编还将继续对反向设计进行详细阐述，希望大家喜爱本文。

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