浅谈做芯片和建高楼的相似性和相通性

提纲：
1、简单介绍建筑设计的各个环节
2、建筑的三边设计方法与流水化
3、建筑方案变更的处理流程和相应的规范化思考
4、相关行业发展的思考
5、题外话
文章来自于：公众号"IC验证之家"，作者：一直特立独行的猪。

眼看他起高楼。
眼看他宴宾客。
眼看他楼塌了。
兴衰成败世事沧桑似乎都与那高楼息息相关，足以见得建好一栋高楼是多么的重要。建筑设计是一门高深的学问，尤其是经过改革开放四十多年的蓬勃发展，也沉淀了很多行业规范和标准，其复杂度完全不亚于芯片设计。就像一座杨柳堆烟帘幕重重的庭院，我等门外汉通常只能从门缝中窥探万分之一二。彪哥是我的同学挚友，他深耕建筑设计十余载。年前有幸与彪哥煮茶畅谈，方知其中妙处千分之二三。

建筑设计大体分为三个环节。
其一，方案设计。
设计师根据开发商的要求和需求，设计出建筑的效果图，并创建建筑模型。然后针对效果图和建筑模型，进行细化，最后输出建筑设计方案。
方案设计需要具备艺术性和审美能力。主观性较强，需要的时间不固定，可以数周，也可以数年。
方案设计不依赖当地的建筑法律法规，可全球化。例如鸟巢的设计师皮埃尔.德梅隆就是一个瑞士人。目前从全球综合来看，欧美的方案设计实力整体较为强大。
方案设计完成之后，交付建筑设计师来绘制建筑设计图，该环节完成。
该环节类似芯片的架构设计或系统设计。
其二，建筑设计。
设计师根据建筑设计方案，结合当地的建筑法律法规，设计建筑图纸。其中主要包含建筑结构的相关计算与设计。
涉及的数学和物理学等基础自然科学知识较少，即使用到了，也比较浅，主要是加减乘除等基础数学运算和基础的力学和热学物理知识。相对于方案设计和建筑施工，建筑设计门槛较低（可能是彪哥的自谦）。
建筑设计可包含多个步骤，每个步骤可输出一幅建筑设计图。通常是五步，如下所述：
1.开挖图
2.地基处理图
3.木桩基础图
4.地库和正负1层设计图
5.最终建筑设计图
从某种角度看，这五个步骤输出的图纸，可认为是最终建筑设计图的中间版本。
最终的建筑设计图要送政府相关部门审核，通过之后将图纸交付施工方，建筑设计环节才算完成。
该环节类似芯片研发的前端和后端环节，包含了从系统架构方案到GDSII之间的所有内容。
其三，建筑施工。
建筑施工队或建筑公司依据建筑设计图，进行建筑施工。涉及到土木、材料，地质等学科，技术含量高。
目前从全球来看，中国的建筑施工实力较为强大。毕竟基建狂魔的称号也不是风刮来的。
该环节类似芯片的流片阶段，随着光刻机轰隆隆的声音响起，一颗颗芯片就被造出来了。
图2 建高楼和做芯片的仨环节
复杂的活动通常都有流程规范。关于芯片的具体流程，IC修真院给大家详细介绍过
建筑设计也有明晰的流程规范，该流程分三个重要的步骤，分别对应三个从政府获得的证件。
首先是《土地证》。开发商通过购买或者申请，获得土地开发权，从政府拿到土地证。
然后是《工程规划许可证》。开发商找建筑设计公司设计建筑方案。将方案送政府部门审批，通过之后，获得《工程规划许可证》。
最后是《施工许可证》。开发商找建筑公司绘制建筑设计图，将图送政府审核，若审核通过，发放施工许可证。
按照国家的法规，以上三个步骤需依次进行，且串行进行，即上一步完成后，才可开始下一步。开发商拿到《土地证》1年后，若是未拿到《工程规划许可证》，则《土地证》作废。开发商拿到《工程规划许可证》1年后，若是未拿到《施工许可证》，则《工程规划许可证》作废。
打个比方，若将这三个步骤对应的证件比作芯片总线上传输的三个报文，那么这个芯片总线的传输特性就是：不支持out-of-order，不支持outstanding，支持timeout保护机制。
然而，理想很丰满，现实很骨感。
建筑图纸设计和送审时间周期较长，若是严格按照步骤的规范，等待图纸开发和审核完成后，再开始施工，严格依次串行进行，会影响工期。
时间就是生命，时间更是金钱。为了缩短工期，往往采用一些变通和折中的方法。建筑的三边设计方法就这种方法。
在上文中提到，建筑设计图的开发可分为五步，每步输出一个中间版本的图纸，先提交给施工方，施工方依据相关图纸先开始施工。这五步分别是：开挖图、地基处理图、桩基基础图、正负1层和地库设计图和最终建筑设计图。这样一来，很多耗时的施工工作在没有拿到经过评审的设计图纸之前，就已经开始了。例如，当建筑设计师在绘制地基处理图时，建筑工地已经开始挖坑了。（存在政策法律风险）
最终的建筑设计图纸送审通过之后，施工方根据最终图纸，对已完成的施工部分进行修正和调整，并按照最终的图纸开始后续的建筑施工。

图3 三边设计：勘测、建筑设计和建筑施工
三边设计，有好有坏。
好处：
将建筑设计和建筑施工，拆解成多个小的步骤，并发执行。就像生产线的流水操作（pipeline)一样，从某种程度看建筑设计和建筑施工也被流水起来了。整体的建筑项目开发周期也被缩短了。
坏处：
其一，流程不合法规，若被政府监管部门发现，需要接受相关的法律制裁，主要是罚款。
其二，提前施工，有可能出现施工的结构，不符合最终建筑设计图纸的问题。有的问题容易修改到还能接受，若是遇到不可修正的，或很难修正的建筑问题，就非常麻烦。
彪哥举了一个典型的例子。根据地基处理图，施工方在土里打木桩，通常要打40米深。如果图纸错了或改了，导致施工于最终的建筑设计图不符，目前全世界没有技术单独拔出打错的木桩。除非把整个地基全部挖开，取出木桩，重新填埋，再重新打桩。按照陕西现行的建筑行业法规，对于湿陷土质，新填埋的土，需要静置三年，才可施工。但是法律又规定，拿到施工许可证，1年不开工，则收回土地证。（防止囤地）
建筑的三边设计方法对芯片方案设计是否也有借鉴之处呢？
“无文档，不验证”，但是当芯片方案文档迟迟不能发布时，验证者除了等待，还能做些什么。系统工程师和芯片设计者除了奋笔疾书埋头苦干，还能做些什么。时间就是金钱，尤其是在芯片研发阶段，怎样做好质量和效率的平衡，怎样把握好流程规范和灵活变通之间的“度”，是所有芯片研发人员要思考的问题。
所有的IC验证者都不喜欢发布的规格方案要发生变更，天下的程序员也都不喜欢确定的方案要发生变更。因此很多公司提倡“一次把事情做对”。然而，方案的变更似乎就像夏日的暴雨，总是不期而遇，不可避免。令人措不及防，又无可奈何。
无独有偶。
建筑行业也存在评审过的方案需要变更的情况，而这也同样令建筑设计师万分恼火。触发变更的原因五花八门，例如相关的建筑法律法规修改了，或者开发商的需求改变了，再或者与四邻建筑风格相悖，又或者与当地行政部门的监管要求不符（比如：建筑太高而不满足小区隔壁的军营的保密要求。这些变更都要重新修改建筑设计图，重新送审和公示。具体流程如下图所述。

验证者不喜欢方案的变更，更加不喜欢随意的、率性的、恣意妄为的方案变更。审视建筑行业的方案变更流程，芯片开发方案变更的流程若能进行部分内容的借鉴和参考，或许会让芯片方案的变更流程更加规范而严谨。既给足了仪式感，又保证了正确性。相信这样的变更，验证者们也会敞开怀抱，热情拥抱的。
最后又跟彪哥聊了下芯片设计和建筑设计的差异。
首先是市场化和全球化的差异。美国芯片工程师写的电路和中国工程师写的电路可以融合和通用。但是两国的建筑设计师绘制的图纸就不能通用，因为建筑图纸要符合当地的建筑法规的要求，而这种法规的要求必然存在地域的差异。
其次是发展空间。目前中国的城市化进程已经达到较高的程度，而芯片行业正处在高速展阶段。不过这样并非绝对，段同学就认为乡村振兴将是建筑设计的另一个新的发展空间。农村天地广阔，或许能孕育出下一个建筑设计的高速发展。
题外话
中美贸易战已经持续了快4年了，1个月前美日荷又联合出手，限制向中国出口光刻机相关技术。我们也进行了反制，限制向他们出口一些技术，例如：畜牧和水产品的繁育技术、造纸技术、烟火爆竹的生产技术。看长津湖的“冰雕”，脸上泪痕干了都快2年了。听强哥（郑强）演讲，振奋欢呼已是14年前的事了。大使馆被炸，参加学校演讲比赛，题目是“落后就要挨打”已经24年过去了。革命尚未成功，同志仍需努力。