设计方法学入门—如何做事

前一期我们用图解的方式介绍了芯片产品的生命周期。从本期开始，我们推介IC设计方法学系列。本系...

所谓的产品开发，本质上是将一个用普通语言描述的产品特性，转化为实实在在的产品的过程。对于芯片产品而言，这个过程是非常复杂的，不可能一蹴而就，所以我们要采用“层层逼近”“各个击破”的战略。

所谓的“层层逼近”，是把整个产品开发过程划分为若干个阶段，每个阶段有其特定的目标和实现方式。我们一般会将整个电子硬件产品开发的生命周期划分为五大阶段：需求获取、概要设计、详细设计、设计实现、生产转化。根据产品开发项目的特点，某些大阶段还可在内部划分为更小的层次。而“各个击破”战略，就是将问题分解为更小的问题加以解决，比如，将整个产品设计分解为子模块分别设计和验证，以降低整个设计的复杂性。

在项目启动之初，给项目的输入是比较粗略的，比如来自系统设计的对芯片功能的要求、来自市场调研的对芯片在某个场景中应用的要求等。这些要求可能是由对芯片设计不熟悉的系统工程人员提出的，或者是对技术不熟悉的市场人员提出的，所以需要先对这些需求进行可行性研究，分析硬件与系统其他部分的交互关系，将原先粗略的、甚至存在错漏的要求变得完善、具体，确定哪些可以由芯片硬件实现，哪些需要通过固件、或者软件来实现。最后，由硬件实现的功能被整理成一份描述硬件需求的文（HRD），而由固件或软件实现的功能被整理成描述软件需求的文档（SRD）。这个阶段被称为需求获取过程（Requirement Capture）。

在获得了硬件需求（HRD）之后，产品开发团队需要确定如何实现这些功能，这个阶段的工作被称为概要设计（Concept Design）。这个阶段需要研究实现功能的核心算法和系统架构，确定系统内部的子模块构件，并明确定义这些子模块的功能、接口、参数等，最后形成用于指导设计的设计规范文件（Design Specification）。除了研究功能的实现，开发团队还需要考虑产品的可靠性、可测性等问题，如测试工作模式、激光修正、冗余设计、内部监控等。这个阶段的工作常由团队中最有经验的工程师负责完成。

在概要设计完成后，就是详细设计过程了。在这个过程中，我们要完成RTL编码、综合、验证、布局布线等任务。对于IC产品开发项目，这个阶段完成的标志是Tapeout。开发团队除了要考虑功能的实现外，还需要考虑许多其他问题，如可测性、可制造性、时序要求、多时钟域的同步问题、低功耗、多电压的信号电平转换问题、数模混合设计问题、信号完整性、可靠性、可验证性等等，每一个问题都是一个专业的领域，也有许多成熟的技术和工具可供工程师使用。

完成详细设计后是设计实现阶段。在这个阶段，我们要去获得实实在在的芯片产品的样片进行实验室测试。对于IC项目来说，需要在芯片制造厂流片和封装，这部分的成本非常高，而FPGA比较简单，只要在实验室烧录就可以了。得到样片后，还需要进一步地测试它的功能、可靠性等。我们一般会在实验室中搭建一个测试平台来模拟芯片的工作环境，同时也要考虑测试点的引出以便调试。

最后，当芯片功能没有问题后，我们要准备将设计转入批量生产。对于FPGA，需要建立成品测试程序（Acceptance Test）。对于IC，除了成品测试，还可能需要有硅片测试，以便节省昂贵的封装成本。另外，还需要对芯片的可靠性进行测试，包括ESD/Latch-up测试、老化测试等。还可能需要对芯片先进行小批量试生产，在预期的工艺偏差范围内，其合格率必须达到标准才可进入批量生产。为了能供应市场，还需要为产品编写数据手册，建立设计模型，以及制作演示应用系统等。

由上可知，IC产品开发项目是个非常复杂的过程，一个工程师是很难掌握所有的技术的。作为刚刚进入这个行业，或者准备进入这个行业的新人，应该先解决好“如何做事”的问题，切实掌握好入职岗位所需要的技能，同时通过具体项目，逐步了解整个研发项目的生命周期。有条件的，可以参加E课网的《初级数字IC设计实训》、《数字IC版图设计实训》和《SOC芯片项目实训》等课程，了解一个实际项目的设计流程。

对于有经验的工程师来说，可能更关心如何“做对的事（Do right things）”和“把事做对（Do things right）”，我将在后两期的《设计方法学入门》中为大家介绍这方面的内容。

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