芯片设计工具及应用

1、芯片设计工具及应用,浙江大学ICLAB实验室 韩 雁 教授 2017年9月,一、基础知识 二、课程介绍 三、Linux命令及上机操作,目录,名词术语及其关系,微电子学 半导体 芯片 集成电路 半导体产品制造业 + 分立器件 半导体设备制造业 + 光电子器件 半导体材料制造业 + 传感器,（学科）,（产业）,（主要产品）,（产品形式）,基础知识,课程介绍,Linux命令及上机操作,2013-15年全球半导体芯片产品销售比例,资料来源：世界半导体贸易统计组织（WSTS）,半导体产业现状,基础知识,课程介绍,Linux命令及上机操作,摩尔定律,每过18个月, IC中晶体管的集成度增加一倍 微米时代

2、3um-2um-1.2um- 亚微米时代 0.8um-0.5um- 深亚微米时代 0.35um-0.25um-0.18um-0.13um- 纳米时代 90nm -65nm-45nm- 40nm- 28nm,32nm,L 特征尺寸,基础知识,课程介绍,Linux命令及上机操作,课程介绍,3学分，每周二下午1-3节。课程分为三个模块。 13次课堂教学，每堂布置1道作业，分3次验收： 模块一：3次课堂教学，3次作业，1次现场验收。 模块二：5次课堂教学，5次作业，1次现场验收。 模块三：4次课堂教学，4次作业，1次现场验收。 教材： 半导体器件TCAD设计与应用，韩雁等编著，2013年3月出版。对应

3、模块一 模拟集成电路与数字集成电路设计工具实用教程，韩雁等编著，2017年8月出版。对应模块二、三,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,今天上课内容,课程介绍（课堂教学+作业随堂验收） 模块一：半导体工艺与器件设计工具（3+1） 模块二：模拟IC设计工具（5+1） 模块三：数字IC设计工具（4+1） Linux命令及上机操作 上机实验作业介绍,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,模块一,工艺仿真工具 TSUPREM-4 和 器件仿真工具 MEDICI 新一代工艺及器件仿真工具 Sentaurus 设计实例-用TCAD设计ESD防护器件 上机实验验收课随堂验收工艺与器件设计的

4、3次作业,半导体工艺与器件设计工具（3+1）,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,1/3：工艺仿真工具TSUPREM-4 和器 件仿真工具MEDICI,工艺仿真工具TSUPREM-4介绍 模型介绍 TSUPREM-4基本命令介绍 双极晶体管的工艺仿真示例 器件仿真工具MEDICI介绍 MEDICI实例1LDMOS器件仿真 MEDICI实例2NPN三极管仿真,模块一（续1）,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,2/3：新一代工艺及器件仿真工具Sentaurus,工艺仿真系统 Sentaurus Process 器件结构编辑工具Sentaurus Structure Edito

5、r 器件仿真工具Sentaurus Device 集成电路虚拟制造系统Sentaurus Workbench,模块一（续2）,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,3/3：设计实例-用TCAD设计ESD防护器件,ESD防护器件简介 工艺仿真 器件仿真及模型的选取 热边界条件的设定 ESD防护器件仿真中收敛性问题 对关键性能有影响的关键参数 二次击穿电流的仿真,模块一（续3）,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,随堂验收工艺与器件设计的3次作业,作业1-1 用T4做出一个NMOS管，再输入到MEDICI中，进行栅特性仿真。 作业1-2 用Sentaurus工艺仿真软件跑出一个N

6、MOS器件，通过修改器件参数，使得耐压提高20% 。 作业1-3 将一个仿真不收敛的ESD防护器件，通过网格调整而变得收敛。,模块一（3+1）,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,模拟IC设计工具（5+1）,系统级仿真与Matlab 模拟电路仿真工具+快速仿真+数模混合仿真 设计实例-基准源、噪声、开关电容及Monte-Carlo仿真 模拟IC版图绘制及Virtuoso工具软件 版图验证与后仿真 上机实验验收课-随堂验收模拟IC设计的5次作业,模块二,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,1/5：系统级仿真与Matlab,集成电路设计的一般流程 系统级建模工具-Matlab

7、设计实例-利用Matlab设计一个数字IC,模块二（续1）,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,2/5：模拟电路仿真工具 + 快速仿真 + 数模混合仿真,Spectre 模拟电路仿真 Ultrasim 快速仿真 Spectreverilog 数模混合仿真 演示,模块二（续2）,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,3/5：设计实例-基准源、噪声、 开关电容及Monte-Carlo仿真,电压基准源设计 集成电路噪声分析及仿真 开关电容电路理论、设计举例及仿真 Monte-Carlo仿真,模块二（续3）,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,4/5：模拟IC版图绘制及Vi

8、rtuoso工具软件,典型深亚微米CMOS工艺流程 Design Rule简介 Virtuoso软件简介及使用 PDK简介 版图设计中的相关专题,模块二（续4）,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,5/5：版图验证与后仿真,概述 DRC、LVS与后仿真介绍 验证工具介绍 Calibre 使用方法 Diva规则文件简介 实例分析,模块二（续5）,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,上机实验验收课-随堂验收模拟IC设计5次作业,作业2-1 利用Simulink 搭建一个416 线译码器的仿真模型 作业2-2 对一个数模混合的FSK电路进行数模混合仿真 作业2-3 仿基准电压源的

9、温度系数/工艺角/电源抑制比/环路稳定性 作业2-4 绘制一个电流控制振荡器，版图面积0.05mm2 作业2-5 通过DRC以及LVS， 获得前仿、后仿结果,模块二 (5+1),课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,数字IC设计工具（4+1）,可综合Verilog语言及FPGA验证 逻辑综合与可测性设计 数字IC自动布局布线 数字集成电路验证方法学 上机实验验收课-随堂验收数字IC设计4次作业,模块三,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,1/4：可综合Verilog语言及FPGA验证,可综合Verilog Testbench编写 HDL的软件仿真 FPGA简介及验证流程 FP

10、GA设计中的基本问题,模块三（续1）,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,2/4：逻辑综合与可测性设计,逻辑综合基本概念 逻辑综合工具-Design Compiler 可测性设计基础 可测性设计工具 测试矢量生成软件TetraMAX,模块三（续2）,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,3/4：数字IC自动布局布线,数字IC设计典型流程 自动布局布线基本概念 自动布局布线工具Astro介绍,模块三（续3）,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,4/4: 数字集成电路验证方法学,验证的必要性 验证方法学介绍 验证工具介绍 演示,模块三（续4）,课程介绍,基础知识,Lin

11、ux命令及上机操作,上机实验验收课-随堂验收数字IC设计的4次作业,作业3-1 制作流水灯，完成前仿及FPGA布局布线后的后仿 作业3-2 完成流水灯控制电路的逻辑综合及可测性设计 作业3-3 在SMIC 40nm工艺下完成流水灯IC的布局布线 作业3-4 完成流水灯控制电路的验证平台,得出代码覆盖率,模块三 (4+1),课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,关于上课和考试,听课必须到课 作业可以三个模块选做一个、二个或三个 考试三个模块内容都要考（考概念为主） 平时作业占50% 期末闭卷考占50% 问题？ 建立微信群,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,Linux 命令及上

12、机操作,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,1、基本操作与基本命令 2、压缩与解压缩命令 3、ftp软件用法 4、vi编辑器 5、启动cadence、sentaurus等应用软件 6、常见问题及解决办法,将电脑的IP设置到闭路环境中,1、在IP配置页面中点击高级选项,2、添加IP地址192.168.83.XXX（自己的IP地址）,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,基本操作与基本命令,步骤一 下载安装putty软件 网址可在微纳电子研究所网站服务指南栏目里寻找。 在Host name处填工作站IP地址(133)，putty默认端口22，协议protocol选SSH，把所选服

13、务器133 Load上，然后按Open登录服务器。,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,Putty 软件界面,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,步骤二 下载winvnc软件 网址可在微纳电子研究所网站服务指南下寻找。 运行winvnc，填入服务器名称 :端口号码,38:2,端口号,注意！此处的:号要切换到英文输入法下输入，中文输入法下输入的：号无效,VNC 软件界面,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,此处填入vnc端口密码，只能用英文输入法输入,在Xterm窗口中，用命令 行处理数据或启动软件,VNC登录,课程介绍,基础知识,Linux

14、命令及上机操作,LINUX文件命名规则,大小写敏感（file1和File1表示两个不同的文件）； 无专用扩展名(LINUX文件名可出现多个小数点，并无特殊含义)。,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,LINUX特殊字符,/ 表示根目录 . 表示当前目录 . 表示当前目录的父目录 .字符串 表示隐藏文件，如.profile文件 *任何字符，如“ab*10”表示以ab开头和以10结尾的任何文件名。,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,LINUX文件系统常用命令,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,cp命令,该命令的功能是将给出的文件或目录拷贝到另一文件或目录中。语法：

15、 cp 选项 源文件或目录目标文件或目录 例如： cp i /home/lx/test.tar ./ 把/home/lx目录下的test.tar文件拷贝到当前目录下。,常用选项： -f 覆盖已经存在的目标文件而不提示。 -i 在覆盖目标文件之前将给出提示要求用户确认。 -r 若给出的源文件是一目录文件，此时cp将递归复制该目录下 所有的子目录和文件。此时目标文件必须为一个目录名。,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,mv命令,用户可以使用mv命令来为文件或目录改名或将文件由一个目录移入另一个目录中。语法： mv 选项源文件或目录目标文件或目录 例如： mv test1 test2 把

16、当前目录下的test1文件重命名为test2 mv /home/lx/test.tar ./ 把/home/lx目录下的test.tar文件移动到上级目录下。,常用选项： i交互方式操作。如果mv操作将导致对已存在的目标文件的覆盖，此时系统将会询问，以避免误覆盖文件。 f禁止交互操作。在mv操作要覆盖已有目标文件时不给任何提示，指定此选项后，i选项将不再起作用。,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,rm命令,该命令的功能为删除一个目录中的一个或多个文件或目录。语法： rm 选项文件 例如： rm r /home/lx/test 删除/home/lx目录下的test文件夹以及文件夹中的

17、内容,常用选项： r表示将列出的全部目录和子目录均删除。 - i进行交互式删除。,使用rm命令要小心。因为一旦文件被删除，是不能恢复的。为了防止这种情况，可使用i选项来逐个确认要删除的文件。如果用户输入y，文件将被删除。如果输入任何其他字母，文件将不会被删除。,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,mkdir和rmdir命令,mkdir功能：创建一个目录 rmdir功能：删除一个空目录 语法： mkdir 文件名 rmdir 文件名 例如： mkdir test 在当前目录下创建一个test目录 rmdir test 删除当前目录下的test空目录,课程介绍,基础知识,Linux命令及

18、上机操作,cd命令和pwd命令,cd命令 (change directory) 功能：改变工作目录。 例如： cd . 进入当前目录的上一层目录 cd 进入用户的根目录，同cd cd /usr/bin 跳到/usr/bin目录 pwd命令 (printing working directory) 功能：此命令显示出当前工作目录的绝对路径。,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,ls 命令,功能:列出目录的内容。 语法： ls 选项 目录 例如： ls 列出当前目录下的文件，不包括隐藏文件 ls a 列出当前目录下的文件，包括隐藏文件 常用选项： a显示指定目录下所有子目录与文件，包括隐

19、藏文件。,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,压缩与解压缩命令,压缩命令包括tar命令和gzip命令 解压缩命令包括tar命令、gzip命令和unzip命令,常见的压缩后缀有： .tar .tar.gz .gz .zip,这四种格式都可以用以上 所讲的命令压缩和解压缩,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,tar 命令,功能：压缩和解压缩文件 语法： tar 主选项+辅选项文件或者目录 常用主选项： -c压缩文件，-x解压缩文件 常用辅助选项： -f使用档案文件或设备，这个选项通常是必选的。 -v详细报告tar处理的文件信息。 例如： tar cvf bak.tar back

20、up 压缩backup目录下的所有文件和目录 tar xvf bak.tar 将压缩文件bak.tar还原,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,gzip命令,功能：压缩与解压缩文件 语法： gzip 选项文件名 常用选项： -v压缩文件 -d解压缩文件。 例如： gzip v file 将file文件压缩成file.gz文件 gzip d file.gz 将file.gz还原成file文件,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,unzip命令,功能：解压缩文件 语法： unzip 选项压缩文件名.zip 常用选项： -n不覆盖已经存在的文件 -o覆盖已存在的文件且不要求用户确

21、认,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,ftp软件用法,ftp软件：在本地PC机与服务器或服务器之间传输数据,服务器地址,端口,用户名,密码,可使用flashFXP软件 服务器地址： 36 ftp默认端口：21 用户名： 登录putty时使用的帐号 密码： 登录putty时使用的密码， 亦即UNIX密码。,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,在服务器与服务器之间传输数据 例如：从138服务器连接136服务器，拷贝资料,首先，在138的Xterm窗口中输入gftp命令打开gftp窗口,gftp,ftp软件用法（续1）,课程介绍,基础知识,Linux命令

22、及上机操作,ftp软件用法（续2）,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,vi编辑器,vi是所有LINUX系统都会提供的文本编辑器，它提供了一个视窗，通过它可以编辑文件。当然，对LINUX系统略有所知的人，或多或少都觉得vi超级难用，但vi是最基本最早期的编辑器。,直接在Xterm窗口中输入vi，便可以打开vi编辑器窗口,50,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,vi可以分为三种操作状态，分别是 命令模式 (Command mode) 插入模式 (Insert mode) 底线命令模式 (Last line mode) Command mode：控制屏幕光标的移动； Inse

23、rt mode：唯有在Insert mode下，才可做文字 数据输入，按Esc键可回到Command mode。 Last line mode：储存文件或离开编辑器。,vi编辑器,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,vi的基本操作,进入vi 输入vi及文件名后，即可进入vi全屏编辑界面。 进入vi之后默认处于“Command mode”下， 要切换到Insert mode才能输入文字。 切换至Insert mode编辑文件 在Command mode下按i 键就可进入Insert mode。 在Insert mode切换到Command mode模式，按Esc键 离开vi及保存文件

24、在Command mode下，可按冒号“:”进入Last line mode :w filename (将文件写入指定的文件filename) :wq (存盘并离开vi) :q! 离开并放弃编辑的文件,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,启动Cadence等软件,1、打开一个Xterm窗口； 2、source 环境变量； 3、输入启动命令,例如：启动cadence 新建一个Xterm窗口； 输入 source /opt/demo/cdsmmsim7_cal11.env 输入 icfb &；启动命令后面加 & 的意思是后台运行icfb这一软件,不影响前台的其它操作,课程介绍,基础知识,Linux命令及上机操作,常见问题及解决办法,问1：文档中许多文件后缀名如.lib、.cdslib、.scs等没见过， 怎么打开这类文件？ 答1：大部分文件可以用vi编辑器打开，或者用windows的写 字板打开 .lib、.scs是Foundry提供的库文件（制造者的库） .cdslib是Ca