时间飞逝,转眼已是初春。香江褪去了冬季的湿冷,空气中开始弥漫着温暖潮湿的气息,预示着又一个充满生机与活力的季节即将到来。对于启明芯电子科技有限公司而言,这个春天注定是忙碌而关键的。“启明二号”(phoenix)Soc项目,经过近六个月的全力冲刺,终于驶入了设计流程的最后一段航程——全芯片集成、最终验证与tape-out(流片)决策阶段。
整个“启明二号”项目组的气氛,紧张得如同即将发射升空的火箭。工程师们脸上写满了疲惫,眼中却闪烁着兴奋与期待的光芒。他们知道,自己日夜奋战的成果,即将迎来最终的“大考”。
位于启明芯总部的后端设计与验证中心,几乎变成了24小时不夜城。明亮的灯光下,一排排高性能工作站不知疲倦地运行着各种复杂的仿真和验证程序。工程师们三三两两地聚集在屏幕前,紧盯着滚动的日志信息,或者在白板上激烈地讨论着某个棘手的技术细节。咖啡杯和方便面桶随处可见,空气中弥漫着咖啡因和代码混合的味道。
全芯片集成,是将之前分别设计和验证的各个功能模块(Ip),如ARm内核、dSp、USb控制器、音频codEc、存储控制器、电源管理单元等等,按照顶层设计连接在一起,形成一个完整的Soc芯片的过程。这绝非简单的“拼积木”,模块之间的接口匹配、时钟同步、信号完整性、电源噪声耦合等问题,在集成的过程中会集中爆发出来,任何一个微小的疏忽都可能导致整个芯片无法正常工作。
“USb和dSp之间的数据通路好像有阻塞!仿真波形显示有几个周期的数据丢失了!”负责顶层验证的小王,盯着逻辑分析仪的波形,眉头紧锁地喊道。
“我看看!”负责USb模块的工程师和负责dSp模块的工程师立刻凑了过来,一起分析问题。“是不是总线仲裁逻辑有问题?”“或者是dmA控制器的配置出错了?”
“查一下RtL代码,看接口协议握手部分有没有bug!”
另一边,负责模拟电路验证的老王和顾维钧,则在仔细检查音频codEc集成到顶层后的性能指标。
“集成后的信噪比下降了将近3db!”老王看着频谱分析仪的结果,脸色有些难看,“肯定是数字部分的高频噪声通过电源或者衬底耦合过来了!”
顾维钧表情凝重,用示波器探针仔细测量着模拟电源和地线的噪声。“看来我们之前做的隔离措施还不够。需要在版图上增加更多的保护环(Guard Ring),并且把模拟和数字的电源域彻底分开,甚至可能需要独立的电源引脚(power pin)。”他迅速判断道,并在版图中标记出需要修改的位置。
而后端物理实现团队,则在进行最后的时序收敛(timing closure)和物理验证(physical Verification)。
“这条关键路径的延迟还是差一点点!Setup time violation还有0.1纳秒!”负责时序优化的张伟,看着静态时序分析(StA)工具报出的结果,咬紧了牙关。这条路径贯穿了ARm内核和高速缓存控制器,直接影响到芯片的最高运行频率。
“试试手动优化这条路径的buffer插入和驱动强度!”陈家俊也在旁边指导,“或者……我们可以再试试用‘盘古’对这个区域重新做一次布局优化?它在时序驱动方面好像确实有独到之处。”
自从上次在USb模块上小试牛刀成功后,“盘古”p&R引擎在“启明二号”项目中得到了更广泛的应用。虽然它在处理全芯片级别的复杂设计时,稳定性和功能完整性上还不如商业工具,但在一些特定的、时序要求极为苛刻的关键模块或路径优化上,它往往能展现出惊人的效果。李志远的EdA团队也与后端团队形成了紧密的合作关系,根据后端工程师在使用中反馈的问题和需求,快速迭代优化“盘古”引擎。这种“研”“用”结合的模式,不仅加速了“启明二号”的设计进程,也让“盘古”在实战中得到了快速的成长。
张伟点点头,熟练地启动了“盘古”引擎,针对那条顽固的关键路径,进行了一次局部优化。半个小时后,新的时序报告出来了——违例消失了!时序裕量变成了正的0.05纳秒!
“搞定!”张伟兴奋地喊了一声,引来了周围同事羡慕的目光。自研EdA工具带来的效率提升,已经开始让这些一线工程师们切身体会到了甜头。
除了设计本身的挑战,最终的物理验证环节更是不能有丝毫马虎。dRc(设计规则检查)要确保版图符合代工厂(他们最终选择了台积电的0.35微米cmoS工艺)的所有物理制造规则,哪怕是一个细微的线条宽度或间距错误,都可能导致芯片无法生产。LVS(版图与原理图一致性检查)则要确保最终生成的物理版图,与最初设计的电路原理图在电气连接上完全一致,否则芯片的功能就会出错。这些验证工作需要消耗海量的计算资源,运行时间通常以天计算。
时间一天天过去,距离项目启动时定下的六个月tape-out目标越来越近。团队的压力也越来越大。林轩几乎每天都会到研发中心来,了解最新的进展,帮助解决关键的技术难题,给大家加油打气。赵晴鸢也多次代表管理层前来慰问,送来了咖啡、夜宵和鼓励。
终于,在距离目标日期还有三天的时候,最后一个关键的验证节点——全芯片LVS检查——顺利通过!
“过了!LVS过了!”负责物理验证的工程师一声呐喊,瞬间点燃了整个办公室!
所有人都欢呼起来,击掌相庆,拥抱在一起。连续数周甚至数月紧绷的神经,在这一刻终于得到了释放。这意味着,“启明二号”的设计,在经历了无数挑战和艰辛之后,终于在技术层面上,达到了可以送去制造的状态!
陈家俊激动地向林轩汇报了这个消息。
林轩也长长地舒了一口气,脸上露出了欣慰的笑容。但他很快冷静下来,问道:“所有的签核(Sign-off)检查清单都确认了吗?时序、功耗、dRc、LVS、天线效应(Antenna Effect)……所有报告都最终复核无误?”
“是的,林生!”陈家俊肯定地回答,“我和各个模块的负责人以及验证团队,逐项进行了最终确认。所有指标都满足设计要求,风险评估也认为达到了可接受的tape-out标准。”
“好!”林轩点点头,“那就准备提交GdSII文件(芯片设计的最终版图数据格式)吧!”
tape-out!这个芯片设计行业中最激动人心的词语,终于要变成现实了!这意味着,凝聚了数百名工程师心血的设计成果,将要转化为真实的物理芯片!
做出tape-out的决定,对林轩来说,既是喜悦,也意味着巨大的风险。一次流片的费用,在0.35微米工艺下,包括掩膜(mask)制作、晶圆制造和初期测试,至少需要上百万美元!如果芯片设计存在未被发现的致命缺陷,导致流片失败,那不仅仅是损失金钱,更会严重拖累产品上市时间,甚至可能让公司在激烈的市场竞争中错失良机。
但林轩对“启明二号”充满了信心。这不仅仅是因为团队的努力和技术的进步,更因为他对这款芯片所承载的技术优势和市场潜力的深刻理解。他相信,“启明二号”一旦成功量产,必将再次掀起mp3市场的新浪潮,将启明芯的领先地位,推向一个新的高峰。
当陈家俊将加密后的GdSII设计数据,通过专线正式传送给台积电的那一刻,整个启明芯总部爆发出雷鸣般的掌声和欢呼声。许多工程师流下了激动的泪水。
“启明二号”,这只承载着无数期望的“凤凰”,终于完成了涅盘前的最后冲刺,即将浴火,飞向那片广阔的天空!
而现在,他们能做的,就是耐心等待。等待几个月后,那第一批从台积电生产线上走下来的硅片,能否带来他们期望的惊喜。