文章來(lái)源：老虎說(shuō)芯

原文作者：老虎說(shuō)芯

本文主要講述芯片前端設(shè)計(jì)中常用的軟件和工具。

一、芯片前端設(shè)計(jì)中的軟件與工具詳解

前端設(shè)計(jì)是數(shù)字芯片開(kāi)發(fā)的初步階段，其核心目標(biāo)是從功能規(guī)格出發(fā)，最終獲得門(mén)級(jí)網(wǎng)表（Netlist）。這個(gè)過(guò)程主要包括：規(guī)格制定、架構(gòu)設(shè)計(jì)、HDL編程、仿真驗(yàn)證、邏輯綜合、時(shí)序分析和形式驗(yàn)證。

1. 規(guī)格制定與架構(gòu)設(shè)計(jì)

常用工具：

VisualHDL（Summit）：一種語(yǔ)言級(jí)架構(gòu)建模工具，支持以圖形方式構(gòu)建模塊間關(guān)系，幫助開(kāi)發(fā)者從功能角度清晰定義系統(tǒng)架構(gòu)。

Renoir（Mentor）：支持將架構(gòu)轉(zhuǎn)換為硬件描述語(yǔ)言，是一種可視化的架構(gòu)設(shè)計(jì)工具，類似“硬件設(shè)計(jì)的Visio”。

Composer（Cadence）：用于構(gòu)建原理圖和模塊框圖，適用于系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)初期的原型搭建。

2. HDL編碼（RTL 設(shè)計(jì)）

開(kāi)發(fā)環(huán)境：

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

EDA集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（如Vivado、Quartus）：具有代碼高亮、語(yǔ)法檢查和項(xiàng)目管理功能。

說(shuō)明：Verilog 是當(dāng)前行業(yè)主流語(yǔ)言，類比軟件開(kāi)發(fā)中使用C語(yǔ)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(mén)友好，廣泛用于教學(xué)和初期驗(yàn)證。

VCS（Synopsys）：工業(yè)級(jí)仿真平臺(tái)，支持高性能仿真與調(diào)試。

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

功能仿真相當(dāng)于“軟件單元測(cè)試”，通過(guò)波形圖和信號(hào)追蹤工具分析設(shè)計(jì)行為是否符合預(yù)期。

4. 邏輯綜合（Logic Synthesis）

主要綜合工具：

Design Compiler（Synopsys）：工業(yè)標(biāo)桿，支持復(fù)雜約束管理和優(yōu)化。

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

Leonardo Spectrum（Mentor）：適用于某些特定流程或?qū)W校項(xiàng)目。

類比：邏輯綜合就像是將高級(jí)語(yǔ)言編譯成匯編代碼，只不過(guò)這里的目標(biāo)是“門(mén)電路庫(kù)”而不是指令集。

5. 靜態(tài)時(shí)序分析（STA）

常用STA工具：

PrimeTime（Synopsys）：業(yè)界主流，精度高，功能全。

Tempus（Cadence）：結(jié)合物理設(shè)計(jì)環(huán)境，適合復(fù)雜芯片。

SST Velocity（Mentor）：適合Mentor工具鏈的用戶。

STA不需要輸入激勵(lì)向量，它是通過(guò)建模所有路徑延遲來(lái)全面分析時(shí)序，這一點(diǎn)與功能仿真不同。

6. 形式驗(yàn)證（Formal Verification）

常用工具：

Formality（Synopsys）：高精度等價(jià)性檢查工具，處理大規(guī)模網(wǎng)表能力強(qiáng)。

LEC（Cadence）：常用于綜合、優(yōu)化、DFT之后的驗(yàn)證流程。

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

功能等價(jià)性驗(yàn)證像是“比對(duì)原始程序和編譯結(jié)果是否實(shí)現(xiàn)了同樣的邏輯”。

二、總結(jié)（流程與工具對(duì)照表）

這種流程設(shè)計(jì)，確保芯片從功能規(guī)格到門(mén)級(jí)實(shí)現(xiàn)逐步收斂，不同工具承擔(dān)著各自關(guān)鍵的角色。如果把芯片前端設(shè)計(jì)比作建造一座大樓，那么這些工具分別承擔(dān)著設(shè)計(jì)圖繪制、結(jié)構(gòu)計(jì)算、功能預(yù)演、材料優(yōu)化和設(shè)計(jì)復(fù)查的職責(zé)，缺一不可。