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IC系统组成概论

时间:2016-11-01 23:56:48      阅读:243      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:model   组成   style   放大   硬件   需要   是什么   组合   输入   

IC系统是什么?

对算法工程师来说,IC系统是完成特定功能的硬件。
对架构设计师来说,IC系统包括控制,运算,存储部分。
电路设计工程师来说,IC系统是加法器,乘法器,与非门,运算放大器,开关电容等的搭配。
对版图工程师来说,它是多边形组成的组合。

一个常见的IC系统包括:

  • 数字部分(可能包括微处理器,控制电路,数据通路等)
  • 模拟部分(可能包括PLL,A/D,RF等)
  • 连线
  • I/O PAD
  • 存储器

数字部分
绝大多数数字系统都采用同步设计方法,即采用时钟來统一协调系统各部分的运行。它由组合逻辑和时序单元(寄存器和锁存器)组成,数据在时序单元-组合逻辑-时序单元这种结构间一级级的传递下去。通常可以将数字部分大致分为数据通路部分与控制部分。数据通路部分是指乘法器,加法器,有限响应冲击滤波器(FIR)等规则的运算单元,控制部分是指控制管理数据流通的逻辑。


模拟部分
  ? 模数转换ADC
  ? 数模转换DAC
  ? 可编程增益放大器PGA
  ? 锁相环PLL


I/O部分
I/O是IC系统与外部环境的接口。foundry提供的综合库中,通常包括三类PAD单元:输入PAD,输出PAD,双向PAD。在设计中,可以将这些PAD看作是标准单元,直接例化就可以了。


存储器
存储器对整个芯片设计至关重要:
  ? 高速IC设计中,存储器的带宽已经成为性能瓶颈
  ? 存储器占整个芯片70%以上的面积
  ? 存储器消耗了芯片的大部分功耗
我们在实际设计中一般是无需自己设计存储器,只需根据需要(深度,速度,面积,功耗等)使用memory compiler直接生成,将别人提供的存储器单元拼接起来即可。在使用存储器的时候,需要注意接口时序是否满足要求。(例如我在2D/GPU的设计当中,都是按照要求直接用memory compier來生成各种sram)

连线
连线包括芯片的信号连线,电源线和时钟线。
? 在深亚微米设计中,不能将连线简单地看作是理想的连接,金属连线具有电容、电阻和电感效应。这些寄生效应会影响信号的完整性,而信号完整性和时序收敛问题是紧密联系的。通常,串扰会使时序更为恶化,更难以收敛。
连线的电容寄生效应会引起信号线的耦合,从而引起串扰(cross talk),串扰会影响时序,引起setup/hold violation,也可能会影响功能,导致芯片无法正常工作。
连线的电阻寄生效应会导致显著的电压降,从而影响信号电平。在一个IC系统中,是通过电源网络來供电的,一个数字系统要能正常工作,必须要为它的逻辑单元提供稳定的直流电压,并且这个电压的起伏要尽可能小。随着芯片规模的增加,芯片内部的电流越来越大,要满足电压稳定也越来越困难。加宽导线可以降低电阻,从而减小压降,并且会增加允许通过的峰值电流,但也会占用过多的面积。
如果连线过长或者电路速度极高,则导致电线的电感效应变的显著。电感效应很难处理,不过幸好目前大多数的设计中电感效应都很小,可以忽略不计。
? 连线还会导致设计时序难以收敛。
Logic synthesis的时候无法知道具体的连线信息,经常采用wireload model來估计连线延迟。这种模型并不准确,所以会导致P&R之后时序难以收敛,从而进化出physical synthesis的技术。

至于什么是physical synthesis,以及它与logic synthesis的区别,我会在以后的博文中加以讲解。

参考资料

《IC设计基础》

IC系统组成概论

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原文地址:http://www.cnblogs.com/leaftime/p/6021176.html

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