第一章 CPU芯片研发过程概述

《CPU设计实战》——机械工业出版社,汪文祥著

介绍业界研发CPU芯片的大致过程


1.1 处理器和处理器核

处理器,准确来说应该是处理器芯片。现在的处理器芯片已经不再是传统意义上的:运算器+控制器,而是一个片上系统(SoC),处理器核只是片上系统的一个核心IP。

现在的处理器芯片中:通常包含处理器核,高速缓存,内存控制器,总线接口,等等

1.2 产品的研制过程

  1. 芯片定义:指定芯片的规格(芯片spec)
  2. 芯片设计:硅片设计封装设计(主要关注硅片设计)
  3. 芯片制造:设计好之后,就要送到foundry(代工厂)加工制造,(晶圆)
  4. 芯片测封:先对晶圆进行中测,然后进行划片封装,最后对封装后的芯片进行成测。确保不会由生产环节引入错误
  5. 芯片验证:将芯片焊接到预先设计好的电路板上,装配成机器并加载软件,然后开始验证。

产业界芯片设计和芯片制造是相分离的

芯片设计(Fabless):公司关注芯片的定义和设计,ARM,高通,AMD,华为海思等

芯片制造(Foundry):企业关注芯片的加工和制造,如台积电TSMC,中芯国际SMIC,三星等

1.3 芯片设计的工作阶段

硅片设计的工作:

  1. 明确设计规格。对于CPU开发来说,典型的设计规格包括支持的指令集,主频,性能,面积,功耗以及接口信号定义等。
  2. 指定设计方案。设计方案通常是用自然语言或者高级建模语言从较为抽象的角度对CPU的微结构设计做出行为级的描述。如CPU划分为多少级流水,有多少个运算部件,指令的调度机制等
  3. RTL编写。将上面的行为级的描述转换为可综合的RTL代码
  4. 功能验证。RLT代码编写完之后就可以进行功能验证了,即验证是否实现了相应的功能。ps:测试一词,在芯片行业,通常用于生产制造过程~
  5. 逻辑综合。通过EDA工具转化为门级网表
  6. 版图规划。布局布线。接下来对最终实现的电路版图进行设计规划,即对电路的接口引脚,各主要数据通路的相对位置关系进行平面布局规划,规划完成后,再布局布线生成电路的版图
  7. 网表逻辑验证,时序检查,版图验证。
  8. 交付流片。

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