手機(jī)電腦里有芯片

冰箱空調(diào)洗衣機(jī)里有芯片

上天的衛(wèi)星、入地的鉆頭也有芯片

是當(dāng)今任何人都離不開的重要元件

我們都知道芯片是由沙子(硅)制成

但你知道從沙子到芯片的制作過程

需要經(jīng)歷幾個(gè)步驟嗎?

今天

我們一起走進(jìn)芯片誕生記

???

制成一顆芯片要幾步?

芯片制造,是一個(gè)“點(diǎn)沙成金”的過程,總體上分為三步,從上游的IC芯片設(shè)計(jì),到中游的芯片制造,再到下游的封裝測(cè)試,其間要經(jīng)過數(shù)百道工藝的層層精細(xì)打磨,方可制成芯片成品。

第一步:IC設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)階段,工程師用硬件描述語(yǔ)言(HDL)完成設(shè)計(jì)文件,隨后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成電路邏輯的編譯、化簡(jiǎn)、優(yōu)化、布局、布線和仿真,直至對(duì)特定目標(biāo)芯片的適配編譯和邏輯映射等工作。芯片的用途、規(guī)格、特性、制成工藝,全部是在這個(gè)階段完成的規(guī)范和設(shè)計(jì)。

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,到2018年,中國(guó)IC設(shè)計(jì)企業(yè)已接近1700家。

第二步:IC制造

IC制造處于芯片工序的中游,這是個(gè)典型的重資產(chǎn)投入行業(yè),涉及的關(guān)鍵制造設(shè)備有200多種,包括光刻機(jī)、蝕刻機(jī)、離子注入機(jī)、拋光機(jī)、清洗機(jī)等,每種設(shè)備都非常精密且成本昂貴。

芯片制造,從主要原材料石英砂(主成分是二氧化硅)開始。

(此處有視頻,視頻鏈接:)

▲英特爾制作的《從沙子到芯片》

石英砂經(jīng)過高度熔煉、提純,達(dá)到9個(gè)9的硅純度,化學(xué)形態(tài)從多晶硅轉(zhuǎn)化為三維空間規(guī)則有序排列、晶體結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定的單晶硅;

之后,通過拉伸工藝將單晶硅制成單晶硅錠,切割、研磨、鏡面拋光之后制成厚度均勻、表面光滑、極度清潔的硅晶圓片;

硅晶圓片再經(jīng)過光刻、蝕刻、離子注入、氣相沉積等一系列工藝的“精雕細(xì)刻”,最終完成晶體管之間連接電路的構(gòu)建并通過晶圓級(jí)測(cè)試。

這里不得不提的就是光刻機(jī),光刻機(jī)作為制約芯片發(fā)展的關(guān)鍵要素,是核心技術(shù)中的核心。光刻通過光來制作圖形,在硅片表面均勻涂膠,將掩膜版上的集成電路微型圖形轉(zhuǎn)印到光刻膠上。光刻直接決定了芯片的精度和質(zhì)量,也是目前IC制造中難度最高的一環(huán)。

第三步:IC封測(cè)

封裝和測(cè)試是芯片產(chǎn)業(yè)的下游,封裝環(huán)節(jié)主要完成芯片的安放、固定、密封、保護(hù),測(cè)試環(huán)節(jié)對(duì)芯片進(jìn)行全面的測(cè)試,最終制成商用芯片產(chǎn)品。

“芯片之母”EDA

我們都知道,芯片制造從設(shè)計(jì)起步,是整個(gè)芯片制造流程中最難的步驟。芯片設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)繁多、精細(xì)且復(fù)雜,其中,EDA工具發(fā)揮了極為重要作用。

EDA(Electronic Design Automation,電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化),是在電子CAD基礎(chǔ)上發(fā)展起來的軟件系統(tǒng)。隨著芯片制成工藝和性能的提升,芯片設(shè)計(jì)的復(fù)雜度越來越高,肉眼很小的一塊芯片,在顯微鏡則是由晶體管和電路組成的異常復(fù)雜的“立體高速公路”。

利用EDA工具,工程師將芯片的電路設(shè)計(jì)、性能分析、設(shè)計(jì)出IC版圖的整個(gè)過程交由計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理完成,這極大提升了IC設(shè)計(jì)的效率和可操作性。EDA軟件已成為IC設(shè)計(jì)的標(biāo)配,被一些業(yè)內(nèi)人士稱為“芯片之母”。

而使用EDA軟件工具進(jìn)行IC設(shè)計(jì),主要包含前端設(shè)計(jì)和后端設(shè)計(jì)兩大階段:

前端設(shè)計(jì),側(cè)重邏輯設(shè)計(jì),根據(jù)芯片規(guī)格書完成芯片的邏輯和集成,使用仿真驗(yàn)證工具完成SOC的設(shè)計(jì)驗(yàn)證;

后端設(shè)計(jì),側(cè)重物理設(shè)計(jì),根據(jù)前端設(shè)計(jì)產(chǎn)生的門級(jí)網(wǎng)表,通過EDA工具進(jìn)行布局布線和物理驗(yàn)證。

當(dāng)下,全球主要有Synopsys、Cadence、Mentor Graphics三大EDA軟件廠商,可以為IC設(shè)計(jì)企業(yè)提供從前端到后端的整體設(shè)計(jì)流程服務(wù),包含邏輯仿真、自動(dòng)布局布線、物理設(shè)計(jì)、參數(shù)提取等各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的軟件開發(fā)工具。

常言道,工欲善其事,必先利其器。IC設(shè)計(jì)的重要性不言而喻,EDA平臺(tái)構(gòu)建更是重中之重。構(gòu)建符合IC設(shè)計(jì)企業(yè)級(jí)需求的EDA平臺(tái),除了選擇合適的EDA軟件工具,高性能可擴(kuò)展的EDA IT基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)亦是重要一環(huán)。

 EDA平臺(tái)存儲(chǔ)需求:

芯片制程工藝的每次提升,都會(huì)使IC設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量大幅增加。據(jù)統(tǒng)計(jì),2019年平均每設(shè)計(jì)一款芯片生成的數(shù)據(jù)量都要超過500TB,而大量的IC設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)資料必須備份和長(zhǎng)期保存。

在EDA前端設(shè)計(jì)階段有大量的小文件生成,對(duì)隨機(jī)IOPS要求很高,并要求目錄深度;后端設(shè)計(jì)階段,會(huì)生成很多大文件,對(duì)順序IO性能和存儲(chǔ)帶寬有比較高的需求。

因此EDA系統(tǒng),需要滿足數(shù)以百計(jì)的Job同時(shí)訪問,提供對(duì)應(yīng)的高帶寬性能與低訪問延遲。

 EDA平臺(tái)計(jì)算需求:

由于EDA軟件收費(fèi)很高,更快的計(jì)算速度可以加速各個(gè)流程(設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、模擬、測(cè)試),縮短IC設(shè)計(jì)所需計(jì)算時(shí)間——這意味著軟件費(fèi)用的大幅節(jié)省,同時(shí)有助于搶占市場(chǎng)先機(jī),獲取市場(chǎng)份額和高額利潤(rùn)。

因此,高計(jì)算速度也是EDA平臺(tái)所追求的要件。

一體化EDA平臺(tái)

助力實(shí)現(xiàn)

通過前文我們知道,在整個(gè)芯片設(shè)計(jì)過程中,EDA是重要一環(huán)。如果說設(shè)計(jì)人員決定了芯片設(shè)計(jì)過程的上限,那么EDA IT基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)則決定了芯片設(shè)計(jì)過程的下限。因此IT基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)對(duì)于芯片設(shè)計(jì)能否快速、順利研發(fā)起到了重要作用。

在這方面,戴爾易安信提供了端到端的EDA HPC解決方案,包括CPU/GPU/FPGA計(jì)算、高性能NFS文件存儲(chǔ)系統(tǒng)、高速交換網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)保護(hù)、HPC集群構(gòu)建與作業(yè)調(diào)度在內(nèi)的整體解決方案交付,可實(shí)現(xiàn)一體化構(gòu)建EDA基礎(chǔ)架構(gòu)。

2U空間8顆處理器,專為速度而生

考慮到很多EDA軟件工具按照CPU核心數(shù)計(jì)費(fèi),高主頻處理器可以在提升計(jì)算性能的同時(shí),降低軟件費(fèi)用的開支。

戴爾易安信PowerEdge C6420服務(wù)器,基于企業(yè)級(jí)高可用性與可擴(kuò)展性而設(shè)計(jì),搭載8顆英特爾?至強(qiáng)?處理器,2U空間內(nèi)支持4個(gè)獨(dú)立熱插拔的雙路服務(wù)器。

它內(nèi)置DPAT性能優(yōu)化技術(shù)(Dell Processor Acceleration Technology),DPAT能夠精細(xì)到同一系統(tǒng),不同CPU有各自的優(yōu)化模板,可以使CPU核心在turboboost上獲得更穩(wěn)定的效能輸出,針對(duì)高性能計(jì)算提供BIOS優(yōu)化方案可以減少EDA各流程計(jì)算時(shí)間。

Isilon存儲(chǔ),實(shí)現(xiàn)性能無損的橫向擴(kuò)展

戴爾易安信Isilon采用分布式存儲(chǔ)來替代傳統(tǒng)中心存儲(chǔ),是一款能夠?qū)崿F(xiàn)上下平衡無瓶頸的分布式IT解決方案。

Isilon存儲(chǔ)系統(tǒng)采用scale-out數(shù)據(jù)湖架構(gòu)設(shè)計(jì),可以輕松實(shí)現(xiàn)PB級(jí)容量擴(kuò)展,它原生支持多種文件協(xié)議,能夠滿足開發(fā)和運(yùn)維的整體性與敏捷度:NFS、SMB、HDFS、Object與Rest API。

基于Isilon存儲(chǔ),用戶可以輕松實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)的部署、管理、擴(kuò)容,同步增加存儲(chǔ)性能和容量,無須手動(dòng)搬遷數(shù)據(jù)。此外,Isilon F800/F810全閃存單元,4U機(jī)箱內(nèi)可以提供15GB/s的存儲(chǔ)帶寬和250K隨機(jī)IOPS性能。

除了強(qiáng)勁的性能和容量支持,Isilon獨(dú)有三大管理功能優(yōu)勢(shì),可以優(yōu)化EDA整體工作流程:

◇ 無需手動(dòng)分拆EDA項(xiàng)目的目錄 , 因?yàn)?Isilon沒有100TB Volume的限制。

◇ 無需擔(dān)憂特定EDA項(xiàng)目的負(fù)載, 因?yàn)镮silon真正分布式處理沒有性能熱點(diǎn), 且可同時(shí)利用全部節(jié)點(diǎn)達(dá)到最佳性能。

◇ 無需手動(dòng)搬移EDA項(xiàng)目的數(shù)據(jù) , 因?yàn)镮silon可以自動(dòng)平均數(shù)據(jù),根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)模擴(kuò)充即可。

*Isilon由英特爾?至強(qiáng)?處理器提供支持,該處理器采用軟件定義的基礎(chǔ)設(shè)施和敏捷云架構(gòu),為Isilon提供了卓越的性能和效率,可加速要求嚴(yán)苛的文件工作負(fù)載,使企業(yè)發(fā)揮數(shù)據(jù)資本的價(jià)值,加速業(yè)務(wù)的數(shù)字轉(zhuǎn)型。

無縫數(shù)據(jù)保護(hù),滿足各種需要

戴爾易安信同樣是數(shù)據(jù)備份保護(hù)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者,可提供全面的數(shù)據(jù)保護(hù)和高效的數(shù)據(jù)復(fù)制解決方案。使用NDMP協(xié)議,可以實(shí)現(xiàn)Isilon存儲(chǔ)與戴爾易安信DPS備份設(shè)備之間的高速數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)。

軟硬結(jié)合、快速上線,加上模塊化的設(shè)計(jì)及部署方案,戴爾易安信的一體化解決方案可以幫助EDA平臺(tái)實(shí)現(xiàn)性能和容量的快速擴(kuò)展,讓芯片設(shè)計(jì)更加自動(dòng)化、智能化。借助這些軟硬件工具,希望我們的芯片設(shè)計(jì)師們可以更快速地設(shè)計(jì)出性能更好、質(zhì)量更高、成本更低的芯片!      

尊敬的讀者

隨著“Power”產(chǎn)品的不斷推出涵蓋從服務(wù)器到網(wǎng)絡(luò)

從存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)保護(hù)的

戴爾科技“Power Family”

已經(jīng)逐漸呈現(xiàn)在您的眼前藉此

我們隆重邀請(qǐng)您參加

2020年7月10日早9:00

新華網(wǎng)直播間重磅發(fā)布主題為

“奔涌之勢(shì) 智造未來”

戴爾科技新一代

信息技術(shù)賦能新基建暨

2020新品發(fā)布會(huì)

屆時(shí)同步通過多家主流媒體平臺(tái)轉(zhuǎn)播。戴爾科技集團(tuán)將面向中國(guó)用戶發(fā)布多款面向新一代信息技術(shù)的Power Family新產(chǎn)品家族及方案,并分享在中國(guó)市場(chǎng)各個(gè)領(lǐng)域的落地應(yīng)用。

歡迎點(diǎn)擊下方“閱讀原文”

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本文作者：Eric Wu?

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