<<
>>

Общий цикл проектирования СБИС

Основу элементной базы современных радиоэлектронных устройств (РЭА) составляют большие интегральные схемы (БИС) и сверхбольшие интегральные схемы (СБИС). С момента появления интегральных схем резко изменились их основные характеристики и быстродействие, размеры и стоимость.

В настоящее время в СБИС время переключения составляет наносекунды. Количество транзисторов в современных СБИС со­ставляет от нескольких миллионов до сотни миллионов на одном кристалле. Отдельные твердотельные элементы (транзисторы и т.

д.) достигают размеров нанометрового диапазона. В соответ­ствии с законом Мура размеры микроэлектронных устройств должны уменьшаться вдвое каждые четыре года. В прогнозе к 2012 г. линейные размеры самых миниатюрных компонентов должны снизиться до 50 нм (нанометров, 1 нм = IO-9м). Предполагается, что отношение сложности схемы к ее стои­мости будет увеличиваться. Соотношение высокой сложности интегральной схемы с ее низкой стоимостью дают возможность их широкого применения, что дает возможность заявить о том, что XXI век будет веком информационного общества [1.1-1.4].

Производство БИС (больших интегральных систем) и СБИС подобно производству сложного интегрального продукта разби­вается на три этапа: проектирование, изготовление, тестирова­ние.

Проектирование СБИС — это сложный, занимающий много времени, процесс. Сроки разработки электронного устройства, содержащего СБИС в качестве компонентов, могут превышать период, в течение которого изделие пользуется спросом. Учиты­вая это обстоятельство, разработка СБИС должна осуществлять­

ся в кратчайшие сроки, с наименьшими затратами. Одним из путей достижения этой цели является автоматизация процесса проектирования, начиная с высшего уровня представления тре­бований к системе и кончая уровнем физического представления.

Ввиду сложности современных СБИС ни один из трех этапов не может быть выполнен без средств автоматизированного про­ектирования.

Автоматизация проектирования — это многоаспектная, мно­гоуровневая проблема. Она охватывает исследования, разра­ботку, производство и эксплуатацию технических, математиче­ских, программных, информационных, организационных, мето­дических средств и управление жизненным циклом продукции [1.8-1.14].

При проектировании СБИС в настоящее время выполняется следующая общепринятая последовательность этапов (шагов): системная спецификация; функциональное проектирование; ло­гическое проектирование; схемное проектирование; конструктор­ское проектирование; технологическое проектирование; изготов­ление кристаллов (чипов); сборка, размещение блоков в корпу­сах, тестирование и контроль. [1.1, 1.5-1.7].

Системная спецификация. Первый этап проектирования цифровых СБИС заключается в разработке спецификации си­стемы. Системная спецификация есть высший уровень представ­ления системы. Факторы, учитываемые в процессе составления системной спецификации, включают: математическое представ­ление, описание функционирования, физические принципы.

Рассматриваются также стили проектирования и технологи­ческие процессы изготовления изделий. Спецификация систем есть компромисс между технологичностью, экономичностью и требованиями рынка. Конечным результатом спецификации яв­ляется описание размеров, скорости, мощности и принципов функционирования СБИС. Описывается также основная архи­тектура системы.

Функциональное проектирование.

На этом шаге определя­ются основные, функциональные единицы системы. Кроме того, определяются требуемые соединения между функциональными элементами. Определяется область, мощность и другие парамет­ры каждого элемента. Рассматриваются поведенческие аспекты системы. Ключевая идея данного этапа есть определение пове­дения входов, выходов и задержек для каждого элемента без спецификации его внутренней структуры.

Логическое проектирование. На этом шаге для обеспечения заданного функционирования определяются управляющие пото­ки информации, размеры битовых строк и слов, разрабатываются алгоритмы регистровых передач, арифметические и логические операции. При разработке логического описания используется язык VHDL илиVerilog [1.5-1,7]. Это описание может исполь­зоваться для моделирования и верификации. Описания включа­ют булевы выражения и информацию о временных задержках. Булевы выражения минимизируются для достижения минималь­ных логических конструкций. Итак, логическое конструирование системы — это моделирование и тестирование для верификации корректности системы.

Схемное проектирование. Целью схемного проектирования является разработка схем, реализующих результаты логическо­го проектирования. Булевы выражения преобразуются в схемы. Схемное моделирование используется для верификации, коррект­ности и временных задержек каждой компоненты. Результаты схемного проектирования представляются в виде схем [1.7, 1.8].

Конструкторское проектирование. На этом шаге схемное представление каждой компоненты преобразуется в геометри­ческое представление. Это представление есть множество гео­метрических образов, которые выполняют требуемые логические функции соответствующих компонентов. Соединения между раз­личными компонентами рассматриваются как геометрические образы. Геометрическое представление называется топологией схемы (Layout).В процессе конструкторского проектирования топологии схемы обязательно предусматриваются различные ти­пы верификации. Результатом конструкторского проектирования является набор фотошаблонов (масок), необходимых для изго­товления СБИС [1.1, 1.3, 1.9].

Технологическое проектирование. После верификации то­пология готова к производству. На этом этапе проектируются различные технологические процессы и их маршруты, связанные с изготовлением твердотельной структуры, включающие фото­литографию и диффузию с использованием набора масок. Мас­ки используются на каждом шаге изготовления твердотельной структуры. Обычно на одной пластине диаметром 20 см включа­ются сотни и тысячи чипов (кристаллов) [1.1].

Сборка, изготовление корпусов, тестирование и кон­троль. На последних этапах осуществляется разработка про­ектной документации для сборки, изготовления корпусов, те­

стирования и контроля интегральных схем. При сборке один или несколько чипов размещают на плате, которая помещается в отдельном защитном корпусе, и осуществляют подводку соеди­нений от контактов корпуса к контактам чипа.

В настоящее время СБИС обладает следующими отличитель­ными особенностями [1.1]:

— значительно возросшими задержками между соединения­ми. В настоящее время длина соединений в одной СБИС, например, достигает 20 км. Произошло перераспределение временных задержек в вентилях и межсоединениях в сто­рону относительного увеличения задержек межсоединений. Сейчас уже более 60% общей временной задержки происхо­дит из-за межсоединений и эта тенденция сохраняется;

— увеличением области межсоединений. Увеличение разме­ра области, отводимой для межсоединений, опережает рост размера области, предназначенной для активных элементов (транзисторов). В настоящее время в СБИС, содержащей 10 миллионов транзисторов и использующей 4 слоя метал­лизации, около 40% площади отводится под межсоединения. Возрастает число переходов из слоя в слой, что вырастает в отдельную проблему [1.8, 1.9];

— увеличением слоев металлизации. В связи с возросшими потребностями для реализации межсоединений, новые тех­нологии дают возможность использовать повышенное число слоев металлизации — 3, 5 и более, что в принципе услож­няет процесс конструкторского проектирования;

— увеличением требований при планировании СБИС. Нали­чие значительных временных задержек требует более тща­тельного подхода к планированию СБИС. В связи с этим планирование СБИС, с учетом временных задержек, необхо­димо проводить на ранних этапах конструкторского проек­тирования;

— высокоуровневый синтез. В связи с необходимостью со­кращения времени проектирования основных блоков СБИС используются системы автоматизированного синтеза на вы­соких уровнях описания объектов. Существуют два типа синтеза. Логический синтез — это процесс превращения функционального описания в логическое и схемное описа­ние. Высокоуровневый синтез — это процесс превращения функционального или макроархитектурного описания в то­пологию схемы.

С учетом современных тенденций структура проектирования

СБИС показана на рис. 1.1 [1.1].

Рис. 1.1. Структура проектирования СБИС

Развитие технологии позволило создавать специализирован­ные СБИС типа «система-на-кристалле» (СнК). Эти изменения привели к новой методологии проектирования и производства СБИС (СнК) и аппаратуры на их основе [1.3]. Эта методология основана на многократном повторении ранее созданной интел­лектуальной собственности (Intellectual property— IP) в виде заранее разработанных ІР-блоков. СнК позволяют осуществлять интеграцию основных цифровых и управляющих компонентов на одном кристалле. Проектирование систем-на-кристалле возмож­но только при условии повторного использования IP. Это требу­ет введение стандартов и нового подхода к проектированию и, в частности, к размещению как самих IP блоков, так и элементов внутри них [1.3].

1.2.

<< | >>
Источник: Курейчик В. В., Лебедев Б. К., Лебедев О. Б.. Поиско­вая адаптация: теория и практика. — M.: ФИЗМАТЛИТ,2006. — 272 с.. 2006

Еще по теме Общий цикл проектирования СБИС:

  1. Курейчик В. В., Лебедев Б. К., Лебедев О. Б.. Поиско­вая адаптация: теория и практика. — M.: ФИЗМАТЛИТ,2006. — 272 с., 2006
  2. ОПТИМИЗАЦИЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
  3. ПРИЛОЖЕНИЕ Б
  4. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1
  5. ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ОПТИМИЗАЦИИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛИТ
  6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
  7. Выводы по первой главе:
  8. Разработка фондов учебных заданий, обеспечивающих достижение личностных результатов обучения в процессе опытно-экспериментальной работы
  9. ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПО РАСЧЕТАМ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ПЛИТ И МЕТОДАМ ОПТИМИЗАЦИИ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
  10. ВВЕДЕНИЕ
  11. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3