一文解说：芯片设计到底难在哪里？

前言：

芯片作为现代电子产品的核心部件，一直充当着“大脑”的位置，其技术含量和资金极度密集，生产线动辄数十亿上百亿美金。

芯片制造的完整过程包括：芯片设计、晶圆制造、封装、测试等几个主要环节，其中每个环节都是技术和科技的体现。

单从芯片设计来讲，自八十年代EDA（“电子设计自动化”）技术诞生以来，设计大规模集成电路的难度大大降低，设计工程师们只需要借助EDA软件将语言编译成逻辑电路，之后再进行一段时间的调试就可以了。但重点是尽管有了EDA也并不代表芯片设计这件事很容易，芯片设计仍然是一个集高精尖于一体的复杂系统工程。

敲黑板，戴眼镜，既然大家普遍对芯片制造的难度有一定的了解，那这篇文章希望可以让大家对芯片设计的难度也有共同的认知。

难点1一架构

芯片设计有很多环节，每一个都不可或缺，且都有其各自的难点。如若需要评估整个设计流程的难度，还需要拆分开来看，按照顺序，想要完整设计出一个芯片的基本架构，步骤通常有：

需求分析：

芯片应用无处不在，市场需求各异。芯片设计首先要明确需求，包括市场趋势、工厂能力、设计人员等。

前端设计：

芯片前端设计主要包括HDL编码，仿真验证，STA,逻辑综合，简而言之就是从输入需求到输出网表的过程。

以上及其他未被列出的前端设计步骤，均需要designer严谨、周密的思维方式；需要对芯片的性能性质等有良好的把挥；需要超于常人的精力，绝非一日之功可以达成。

后端设计：

芯片后端设计主要包括DFT,布局规划，布线，CTS,版图物理验证，简而言之就是从输入网表到输出GDSI文件的过程。

必须说明的是，芯片设计时，均需要考虑许多变量，例如信号干扰、发热分布等，而芯片的物理特性，如磁场、信号干扰，在不同制程和不同环境下有很大不同，且无现成公式套用计算，只能依靠EDA工具不断试错、模似和取舍。每一次模拟之后，如果效果不理想，就要重新设计一次，对团队的智慧、精力、耐心都是极大考验。

难点2一流片

在IC设计领域，流片即指试生产，就是说设计完电路以后，先生产一部分以供试使用。虽然流片看起来是芯片制造的步躁，但实际属于芯片设计.

检验流片在芯片设计到制诰的过程中，是一个不可或缺的步骤。流片技术上不困难，因为芯片设计基于现有工艺，除了少量需要芯片设计企业指导的生产之外，困难在于钱、钱、钱。在设计的时发现某个地方可以法行优化，但又怕给芯片带来不可预估的后果，若根据有错误的设计方案若手制造，那么损失难以估量。

流片一次有多贵？先引用CMP（Circuits Multi-Projets,美国一家非营利性多项目晶圆服务组织）的公开报价吧。

按照这份报价，以业内裸芯（die）面积最小的处理器高通骁龙855为例（尺寸为8.48毫米×8.64毫米，面积为73.27平方毫米），用28纳米制程流片一次的标准价格为499,072.5欧元，也就是近400万元人民币！

然后，芯片设计企业可以拿到什么呢？25个裸芯，平均每个16万元！

更重要的是，流片根本不是一次性的事啊！

芯片设计的完整性、正确性，需要流片来检验。从电路图到芯片，每个工艺步骤都要可行，电路都要符合性能和功能的要求。试过，就可以批量生产；训试失败，就要回到设计阶段，找出问题并改进。每一次都需要至少几百万元。

难点3一验证

它不是在设计完成后再进行的工序，而是贯穿在设计的每一个环节中的重复性行为，可细分为系统级验证、硬件逻辑功能验证、混合信号验证、软件功能验证、物理层验证、时序验证等。在验证过程中如若出现错误，需要重复前面几步、不断运代优化才能解决，由此也夫定了这项工作的复杂性。

设计者需要反复考虑可能会违到的问题，在保证正确率的情况下高效进行，费用高昂不说，也非常考设计者的耐心决心与智慧。一方面要对相关协议算法有足移了解，根据架构、算法工程师设定的目标设计仿真向量；另一方面要对设计本身足多了解，以提高验证效率，缩短验证时间。

难点4-越来越具有挑战性的设计需求 首先是随着芯片使用场景延伸至AI、云计算、智能汽车、5G等领域，芯片的安全性、可靠性变得前所未有的重要，对芯片设计提出更高、更严格的要求。其次是随着AI、智能汽车等领域快速发展，带来专用芯片和适应行业需求的全新架构需求，这一全新的课题给芯片设计带来更多新的挑战。

最后是随着硅基芯片根据摩尔定律，在两三年之后将达到1纳米的工艺极限，继续提升性能、降低功耗的重任更多落在芯片设计身上，给芯片设计更大的压力。此外，制程工艺提升也迫切需要芯片设计的指导才能实现，也额外增加了压力。

审核编辑 黄宇