Qu'est-ce qu'un circuit intégré ?
Un circuit intégré (CI) est un circuit électronique construit sur une seule puce semi-conductrice. C’est la forme la plus couramment utilisée de dispositif électronique dans les ordinateurs, les téléphones portables et autres appareils électroniques. Généralement, un CI est un petit morceau de silicium, d’environ un huitième de pouce carré, qui contient des milliers ou des millions de transistors, de résistances et d’autres composants de carte de circuit imprimé. Ce type de microcircuits permet d’effectuer une variété de fonctions à une taille beaucoup plus petite et avec une plus grande efficacité que si les composants étaient construits séparément.
Composants d'un circuit intégré
Les circuits intégrés sont constitués de plusieurs composants, chacun ayant une fonction spécifique. Ces composants sont généralement reliés entre eux par de minuscules pistes métalliques, qui sont utilisées pour transporter les signaux électriques entre les différentes parties du circuit. Les composants sont généralement très petits, allant de quelques micromètres à quelques millimètres de taille. Cela permet de placer un grand nombre de composants sur une seule puce, ce qui permet un plus grand degré de complexité et de fonctionnalité.
Avantages des circuits intégrés
Les circuits intégrés sont des outils puissants qui nous permettent d’augmenter la complexité et la fonctionnalité de nos appareils électroniques. En plaçant plusieurs composants sur une seule puce, nous pouvons réduire l’espace requis pour un appareil. Cela réduit à son tour les coûts et augmente l’efficacité de l’appareil. L’intégration des composants contribue également à réduire les interférences électromagnétiques, permettant à nos appareils électroniques de fonctionner de manière plus fiable. Les circuits intégrés sont le fondement de l’électronique moderne et sont essentiels à notre vie quotidienne.
Applications des circuits intégrés
Les circuits intégrés sont à la base de la plupart des appareils électroniques modernes. Ils sont utilisés dans les ordinateurs, les téléphones portables, les téléviseurs, les radios et de nombreux autres appareils électroniques. On peut également les trouver dans des appareils tels que les machines à laver, les micro-ondes et les lave-vaisselle. De plus, ils sont de plus en plus utilisés dans les dispositifs médicaux, les machines industrielles et les systèmes automobiles.
Aperçu du processus de conception de circuits intégrés
La conception de circuits intégrés est un processus complexe de conception de circuits électroniques. Il comprend plusieurs étapes, notamment la conception frontale, la conception dorsale et l’assemblage final. Le processus est hautement itératif et nécessite une collaboration étroite entre le concepteur et les ingénieurs pour garantir que la conception répond à toutes les spécifications requises. À chaque étape du processus, des prototypes sont créés pour tester et vérifier que les conceptions fonctionnent comme prévu.
Conception frontale
La conception frontale de circuits intégrés est le processus de conception des composants de base d’un circuit intégré (CI), tels que les transistors, les résistances et les condensateurs. Cela se fait à l’aide d’une variété d’outils, tels que la capture de schémas, la synthèse logique et les logiciels de disposition. L’objectif de la conception frontale est de créer un CI qui répond aux spécifications souhaitées.
Spécifications du CI
Les spécifications du CI de la conception de circuits intégrés définissent les composants et les attributs essentiels que le circuit doit intégrer. C’est le fondement sur lequel l’ensemble du processus de conception sera construit. Les spécifications doivent être en mesure de capturer toutes les exigences nécessaires pour créer une conception de CI réussie. De plus, elles doivent être en mesure de s’adapter aux besoins et aux technologies en constante évolution de l’industrie. Les spécifications correctes du CI sont cruciales pour un processus de conception efficace, il est donc important de s’assurer qu’elles sont correctement établies pour assurer le succès.
Conception détaillée
Fabless élabore une solution de conception et une architecture d’implémentation spécifique selon les exigences de spécification formulées par le client, et divise les fonctions du module.
Codage HDL
HDL est un puissant langage de description matérielle pour la conception de circuits intégrés. Il fournit un moyen efficace de décrire des conceptions complexes et permet une validation précoce de la fonctionnalité de la conception. HDL est largement utilisé dans l’industrie, ce qui en fait une technologie essentielle pour les concepteurs de circuits intégrés modernes. La flexibilité et l’évolutivité de HDL le rendent avantageux pour une utilisation dans une variété d’applications et sur plusieurs plateformes. Cela permet aux concepteurs de développer des conceptions de circuits intégrés efficaces et complètes qui sont bien adaptées à leurs besoins spécifiques. HDL est un outil essentiel pour la réussite de tout projet de conception de circuits intégrés et son utilisation devrait être fortement envisagée par tout concepteur cherchant à créer un circuit intégré réussi.
Vérification par simulation
La vérification par simulation est une étape essentielle du processus de conception de circuits intégrés. Elle aide les concepteurs à identifier les erreurs et les défauts de conception potentiels pendant la phase de développement. Ce processus implique l’exécution de simulations et de tests sur les conceptions de circuits intégrés pour s’assurer qu’elles répondent aux spécifications et aux normes requises. La vérification par simulation est utile pour détecter les bogues, résoudre les problèmes de conception et optimiser les performances de la conception du circuit intégré. De plus, elle permet aux concepteurs de mieux comprendre le comportement de leurs conceptions de circuits intégrés dans des conditions réelles. Par conséquent, la vérification par simulation joue un rôle important dans la garantie de la fiabilité des conceptions de circuits intégrés avant leur déploiement en production.
(outil de vérification par simulation : Synopsys’ VCS , et Cadence’s NC-Verilog.)
Synthèse logique——Design Compiler
La vérification de la simulation est réussie et la synthèse logique est effectuée. Le résultat de la synthèse logique est de traduire le code HDL conçu et implémenté en une netlist au niveau des portes. La synthèse nécessite de définir des contraintes, qui sont les normes que vous souhaitez que le circuit synthétisé respecte en termes de paramètres cibles tels que la surface et le temps. La synthèse logique doit être basée sur une bibliothèque complète spécifique. Dans différentes bibliothèques, la surface de la cellule standard de base (standard cell) du circuit à portes et les paramètres de temporisation sont différents.
Par conséquent, les bibliothèques complètes sélectionnées sont différentes, et les circuits synthétisés diffèrent en termes de temps et de surface. En général, après la fin de la synthèse, une nouvelle vérification par simulation doit être effectuée (cela s’appelle également la post-simulation, et la précédente s’appelle la pré-simulation).
(Outil de synthèse logique : Design Compiler)
STA
STA, signifie analyse statique du temps, qui appartient également à la catégorie de la vérification, elle vérifie principalement le circuit en termes de temps et vérifie si le circuit présente des violations des temps de configuration et de maintien (violation). Il s’agit des connaissances de base des circuits numériques. Lorsque ces deux violations de temps se produisent dans un registre, il n’y a aucun moyen d’échantillonner correctement les données et les données de sortie, il y aura donc certainement des problèmes avec le fonctionnement des puces numériques basées sur des registres.
(L’outil STA : Prime Time de Synopsys.)
Vérification formelle
Il s’agit également de la catégorie de vérification, qui consiste à vérifier le netlist synthétisé à partir de la fonction (STA est le timing). La méthode la plus couramment utilisée est la méthode de vérification d’équivalence. En prenant le design HDL après vérification fonctionnelle comme référence, comparez les fonctions du netlist après la synthèse pour voir si elles sont fonctionnellement équivalentes. Ceci est fait pour s’assurer que la fonction du circuit décrite par le HDL d’origine n’a pas été modifiée pendant le processus de synthèse logique.
(L’outil de vérification formelle : Synopsys Formality.)
Conception de back-end
La conception de back-end des circuits intégrés est l’étape du processus de conception où la disposition physique du circuit est créée. Cela comprend la conception des masques métalliques, le routage des couches métalliques et d’autres aspects physiques du circuit. La conception de back-end est souvent la partie la plus longue et la plus détaillée du processus de conception, et elle est essentielle pour garantir que le circuit fonctionne correctement. Cela peut également impliquer des techniques avancées telles que l’utilisation de Couches de redistribution (RDL) pour une connectivité optimisée.
DFT
Conception pour le test, conception pour la testabilité. Les puces ont souvent des circuits de test intégrés, et le but du DFT est de prendre en compte les tests futurs lors de la conception. Une approche courante du DFT consiste à insérer des chaînes de balayage dans la conception pour transformer les unités non balayantes (telles que les registres) en unités balayantes. En ce qui concerne le DFT, il existe des introductions détaillées dans certains livres, il est donc plus facile de le comprendre en le comparant à des images.
(Outil DFT : Synopsys’ DFT Compiler)
Plan de masse
Le plan de masse consiste à placer le module macrocellule de la puce et à déterminer généralement le placement de divers circuits fonctionnels, tels que les modules IP, la RAM, les broches d’E/S, et ainsi de suite. Le plan de masse peut affecter directement la surface finale de la puce.
(Les outils de plan de masse : Synopsys’ Astro)
CTS
La synthèse de l’arbre d’horloge, ou clock tree synthesis, consiste simplement à câbler l’horloge. En raison de la fonction de commande globale du signal d’horloge dans la puce numérique, sa distribution doit être connectée symétriquement à chaque unité de registre, de sorte que lorsque l’horloge atteint chaque registre à partir de la même source d’horloge, la différence de délai d’horloge soit la plus petite. C’est également pourquoi les signaux d’horloge doivent être acheminés séparément.
(L’outil CTS : Physical Compiler de Synopsys.)
Layout & Route
Le routage ici est un câblage de signaux ordinaire, comprenant le câblage entre diverses unités standard (circuits de portes logiques de base). Par exemple, le processus de 0,13 um que nous entendons habituellement, ou le processus de 90 nm, est en fait la largeur minimale que le câblage métallique peut atteindre ici, et c’est la longueur du canal du tube MOS d’un point de vue microscopique.
(L’outil de routage : Astro de Synopsys)
Parasitic extraction
L’extraction de paramètres parasites dans la conception de circuits intégrés est un processus important dans le développement de ces derniers. Il s’agit d’extraire les éléments parasites tels que la capacitance, l’inductance et la résistance à partir de l’implantation physique du circuit. Ce processus est essentiel pour garantir que la conception du circuit intégré répond aux exigences de performance souhaitées par l’utilisateur. La précision de l’extraction de paramètres parasites joue également un rôle clé pour assurer que la conception se comporte comme prévu. Dans l’ensemble, l’extraction de paramètres parasites dans la conception de circuits intégrés est une étape cruciale pour obtenir de bonnes performances opérationnelles d’un circuit intégré.
(Outil d’extraction de paramètres parasites : Synopsys Star-RCXT)
Vérification Physique
La vérification physique de la conception de l’implantation d’un circuit intégré est une étape cruciale dans le processus de conception de circuits intégrés. Elle se produit après la conception schématique et implique généralement l’utilisation de la vérification LVS (Layout vs Schematic), de la vérification DRC (Design Rule Checker) et de la vérification ERC (Electrical Rule Checker). La vérification LVS vérifie que l’implantation physique correspond à la conception schématique. La DRC vérifie les violations des règles de conception définies par le processus de fabrication, tandis que la ERC vérifie les erreurs électriques. Toutes ces vérifications sont importantes pour s’assurer que la conception est correcte et prête à être fabriquée. La vérification physique permet de garantir que la conception du circuit intégré répond aux spécifications et aux exigences souhaitées.
(L’outil de vérification physique : Hercules de Synopsys)
L’achèvement de la vérification de l’implantation physique signifie que la phase de conception de la puce est terminée, et l’étape suivante est la fabrication de la puce.
Conseils et astuces pour la conception de circuits intégrés
– Comprendre en détail les exigences du projet.
– Décomposer la conception en blocs et attribuer des tâches.
– Analyser les besoins en énergie et choisir les appareils appropriés.
– Concevoir le circuit avec soin en tenant compte des règles de conception.
– Valider la conception par des simulations.
– Déboguer la conception et effectuer une optimisation de la disposition.
– Générer le GDS et valider la conception sur la carte cible.
– Utiliser des techniques d’estimation et d’optimisation de la consommation d’énergie.
– Choisir les bons composants.
– Tenir compte des contraintes de temps et de puissance.
– Utiliser des outils d’automatisation de la conception.
– Effectuer la vérification et le débogage de la conception.
– Tirer parti des outils avancés de conception de circuits intégrés.
– Utiliser la conception hiérarchique pour les conceptions complexes.
– Être attentif aux compromis entre la puissance, la surface et les performances.
– Concevoir pour la testabilité et le débogage.
– Créer une documentation de conception complète.
