什么是集成电路（IC）设计？

集成电路（IC）设计是一门至关重要的学科。它构成了当今所有微电子设备开发 的基础。 这包括驱动笔记本电脑和手机的微处理器、驱动计算机显示器和电视机的图像处理电路，以及用于可穿戴和植入式医疗设备的传感器。这些微电子器件还推动了人工智能（AI）的日益普及，从而开辟了自动驾驶、机器视觉和自然语言处理等新领域。 

集成电路技术已在当今世界得到广泛应用，而集成电路设计则是制造这些器件所必需的一套基础学科。

集成电路（IC）的设计过程可以视为一系列分层分解步骤。将高层需求分解为更详细的内容，目的是在硅片上实现一个能够忠实执行目标函数的电路。构成集成电路设计流程的主要步骤包括：

• 架构设计。在此阶段，将明确集成电路（IC）所需的功能。在构建系统的环境 中，将考虑所选特定IC的能力。该IC必须实现哪些功能？所需的速度和功耗是多少？器件的目标成本是多少？对这些问题的回答将指导后续关于采用何种具体技术来实现该器件的选择。在此阶段，“需要什么”最为重要。  至于“如何”实现，目前尚未明确界定。
• 逻辑/电路设计。在此阶段，通过组装和互连宏观级构建模块来实现集成电路（IC）所需的功能。通常会使用现成的构建模块，例如存储器、处理单元和传感器。将电路元件的高级功能描述分解为所需的低级电路元件。这一过程由称为“逻辑综合”的软件自动完成。通过对器件集合进行仿真，以验证设计的功能性。  根据所需的仿真细节程度，将使用数字逻辑仿真器或模拟电路仿真器。如果需要修改宏级构建模块以满足集成电路的要求，则会采用定制电路设计技术。在此步骤中，开始定义芯片的“实现方式”。
• 物理设计。在此步骤中，将创建硅晶圆上实现所有所需电路元件的互连形状的实际布局。该过程从芯片“布局图”开始，该布局图定义了芯片各主要功能的位置以及设计中主要输入和输出端口的位置。 随后，将最终的电路元件进行布局和布线，为制造做准备。如果需要修改宏级构建模块以满足集成电路（IC）的要求，则会采用基于集成电路布局编辑工具的定制布局技术。此时，芯片的实现“方式”已完全确定。
• 物理验证.现在，制造工艺给设计带来的所有物理影响都可以建模了。布线带来的额外电阻、信号串扰以及制造工艺本身的不确定性，都是此处必须考虑的众多因素中的一部分。在这些压力下，电路还能正常工作吗？此外，还有许多设计规则规定了电路在硅片上的物理布局方式，以确保其可制造性。这些设计规则也会在此步骤中进行验证。
• 签核。这是设计送交制造前的最后一步。在此阶段，将根据“黄金签核”质量工具的验证结果，对所有可能影响芯片性能或可制造性的关键参数进行验证。在此步骤中，将全面验证设计规则以及可制造性设计规则。  在此步骤中，还将对设计的时序、功耗和信号完整性 进行验证并“收敛”。在签核过程中，必须进行准确的寄生参数 参数提取 ，以确保充分理解工艺的物理效应。黄金签核 新思科技 工具包括 IC Validator、 PrimeTime®、PrimePower 和StarRC。

在探讨先进半导体技术时，集成电路设计流程中的另一个方面变得尤为重要。在先进制造技术中，物理效应和工艺变异性起着重要作用。例如，连接电路元件的导线的物理电阻可能会导致工作电压发生显著变化，从而影响整个电路的性能。 制造工艺的变异性也可能导致电路出现意想不到的行为。为应对这些问题，必须在设计过程的早期阶段对布线延迟和工艺变异性 等后期效应进行建模和考量，以确保这些效应得到充分考虑。

此外，设计的某些方面（例如如何进行测试以及功耗是多少）需要在流程的每个阶段进行建模和优化。这些内容过于复杂，无法在设计结束时才处理。这种“前瞻性”的过程被称为“左移”方法，需要一套非常先进的设计工具和设计流程来提供支持。