文章來源：老虎說芯

原文作者：老虎說芯

本文主要講述芯片前端設計中常用的軟件和工具。

一、芯片前端設計中的軟件與工具詳解

前端設計是數字芯片開發的初步階段，其核心目標是從功能規格出發，最終獲得門級網表（Netlist）。這個過程主要包括：規格制定、架構設計、HDL編程、仿真驗證、邏輯綜合、時序分析和形式驗證。

1. 規格制定與架構設計

常用工具：

VisualHDL（Summit）：一種語言級架構建模工具，支持以圖形方式構建模塊間關系，幫助開發者從功能角度清晰定義系統架構。

Renoir（Mentor）：支持將架構轉換為硬件描述語言，是一種可視化的架構設計工具，類似“硬件設計的Visio”。

Composer（Cadence）：用于構建原理圖和模塊框圖，適用于系統級設計初期的原型搭建。

2. HDL編碼（RTL 設計）

開發環境：

文本編輯器（如Vim、Emacs）：適用于經驗豐富的工程師，直接編寫HDL代碼。

EDA集成開發環境（如Vivado、Quartus）：具有代碼高亮、語法檢查和項目管理功能。

說明：Verilog 是當前行業主流語言，類比軟件開發中使用C語言描述算法邏輯，Verilog用于描述硬件行為。

3. 功能仿真（前仿真）

主要仿真工具：

ModelSim（Mentor）：入門友好，廣泛用于教學和初期驗證。

VCS（Synopsys）：工業級仿真平臺，支持高性能仿真與調試。

NC-Verilog（Cadence）：集成于Cadence環境中，便于與其他工具協同使用。

功能仿真相當于“軟件單元測試”，通過波形圖和信號追蹤工具分析設計行為是否符合預期。

4. 邏輯綜合（Logic Synthesis）

主要綜合工具：

Design Compiler（Synopsys）：工業標桿，支持復雜約束管理和優化。

BuildGates（Cadence）：與Cadence流程深度集成，適合中小型項目。

Leonardo Spectrum（Mentor）：適用于某些特定流程或學校項目。

類比：邏輯綜合就像是將高級語言編譯成匯編代碼，只不過這里的目標是“門電路庫”而不是指令集。

5. 靜態時序分析（STA）

常用STA工具：

PrimeTime（Synopsys）：業界主流，精度高，功能全。

Tempus（Cadence）：結合物理設計環境，適合復雜芯片。

SST Velocity（Mentor）：適合Mentor工具鏈的用戶。

STA不需要輸入激勵向量，它是通過建模所有路徑延遲來全面分析時序，這一點與功能仿真不同。

6. 形式驗證（Formal Verification）

常用工具：

Formality（Synopsys）：高精度等價性檢查工具，處理大規模網表能力強。

LEC（Cadence）：常用于綜合、優化、DFT之后的驗證流程。

FormalPro（Mentor）：適合Mentor綜合工具后的形式驗證任務。

功能等價性驗證像是“比對原始程序和編譯結果是否實現了同樣的邏輯”。

二、總結（流程與工具對照表）

這種流程設計，確保芯片從功能規格到門級實現逐步收斂，不同工具承擔著各自關鍵的角色。如果把芯片前端設計比作建造一座大樓，那么這些工具分別承擔著設計圖繪制、結構計算、功能預演、材料優化和設計復查的職責，缺一不可。