【E課堂】芯片反向設(shè)計(jì)流程

　　什么是芯片反向設(shè)計(jì)?反向設(shè)計(jì)其實(shí)就是芯片反向設(shè)計(jì)，它是通過(guò)對(duì)芯片內(nèi)部電路的提取與分析、整理，實(shí)現(xiàn)對(duì)芯片技術(shù)原理、設(shè)計(jì)思路、工藝制造、結(jié)構(gòu)機(jī)制等方面的深入洞悉，可用來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)框架或者分析信息流在技術(shù)上的問(wèn)題，也可以助力新的芯片設(shè)計(jì)或者產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案。

　　芯片反向工程的意義：現(xiàn)代IC產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)十分激烈，所有產(chǎn)品都是日新月異，使得各IC設(shè)計(jì)公司必須不斷研發(fā)新產(chǎn)品，維持自身企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。IC設(shè)計(jì)公司常常要根據(jù)市場(chǎng)需求進(jìn)入一個(gè)全然陌生的應(yīng)用和技術(shù)領(lǐng)域，這是一件高風(fēng)險(xiǎn)的投資行為。并且及時(shí)了解同類(lèi)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手芯片的成本和技術(shù)優(yōu)勢(shì)成為必然的工作。如果讓工程師在最短的時(shí)間以最有效率的方式設(shè)計(jì)電路才是最難解決的問(wèn)題，逆向工程看來(lái)是其中一個(gè)解決方案。逆向工程能將整顆IC從封裝，制成到線路布局，使用將內(nèi)部結(jié)構(gòu)，尺寸，材料，制成與步驟一一還原，并能通過(guò)電路提取將電路布局還原成電路設(shè)計(jì)。

　　目前，國(guó)外集成電路設(shè)計(jì)已經(jīng)非常成熟，國(guó)外最新工藝已經(jīng)達(dá)到10nm，而國(guó)內(nèi)才正處于發(fā)展期，最新工藝達(dá)到了28nm。有關(guān)于集成電路的發(fā)展就不說(shuō)了，網(wǎng)絡(luò)上有的是資料。對(duì)于IC設(shè)計(jì)師而言，理清楚IC設(shè)計(jì)的整個(gè)流程對(duì)于IC設(shè)計(jì)是非常有幫助的。然而，網(wǎng)絡(luò)上似乎并沒(méi)有有關(guān)于IC設(shè)計(jì)整個(gè)流程的稍微詳細(xì)一點(diǎn)的介紹，僅僅只是概略性的說(shuō)分為設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試、封裝等四大主要板塊，有的資料介紹又顯得比較分散，只是單獨(dú)講某個(gè)細(xì)節(jié)，有的只是講某個(gè)工具軟件的使用卻又并不知道該軟件用于哪個(gè)流程之中，而且每個(gè)流程可能使用到的工具軟件也不是太清楚(此觀點(diǎn)僅為個(gè)人經(jīng)歷所得出的結(jié)論，并不一定真是這樣)。

　　芯片正向設(shè)計(jì)與反向設(shè)計(jì)。目前國(guó)際上的幾個(gè)大的設(shè)計(jì)公司都是以正向設(shè)計(jì)為主，反向設(shè)計(jì)只是用于檢查別家公司是否抄襲。當(dāng)然，芯片反向工程原本的目的也是為了防止芯片被抄襲的，但后來(lái)演變?yōu)樾」緸榱烁旄〕杀镜脑O(shè)計(jì)出芯片而采取的一種方案。目前國(guó)內(nèi)逐漸往正向設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變的公司也越來(lái)越多，正逐漸擺脫對(duì)反向設(shè)計(jì)的依賴。當(dāng)然，正處于發(fā)展初期的公司也不少，自然反向設(shè)計(jì)也是不少的。

　　本文章從芯片反向設(shè)計(jì)開(kāi)始進(jìn)行總結(jié)。

　　“工欲善其事，必先利其器”。隨著集成電路的不斷發(fā)展，不管是芯片正向設(shè)計(jì)還是反向設(shè)計(jì)，它們對(duì)于工具的依賴性越來(lái)越強(qiáng)，因此，在要開(kāi)始講設(shè)計(jì)流程之前，先來(lái)看一看，我們到底會(huì)用到哪些主要的工具和輔助性的軟件。

　　一、主要工具軟件。

　　說(shuō)到設(shè)計(jì)工具，就不能不提到三大EDA廠商——cadence,synopsys,mentor。這三家公司的軟件涵蓋了芯片設(shè)計(jì)流程的幾乎所有所能用到的工具。首先是cadence公司，這家公司最重要的IC設(shè)計(jì)工具主要有candence IC系列，包含了IC 5141(目前最新版本是IC617)，NC_VERILOG(verilog仿真),SPECTRE(模擬仿真),ENCOUNTER(自動(dòng)布局布線)等等synopsys公司，最出名的是它的綜合工具design complier，時(shí)序分析工具prime time,模擬仿真工具h(yuǎn)spice等;mentor公司最出名的工具是calibre(版圖DRC LVS檢查),modelsim(verilog仿真)。

　　這些都是IC設(shè)計(jì)最常用的工具，無(wú)論是正向設(shè)計(jì)還是反向設(shè)計(jì)。當(dāng)然，隨著軟件版本的更新迭代，軟件的名字可能有所變更，并不是上述的那些名稱(chēng)。另外，這些工具主要集中在以linux為內(nèi)核的操作系統(tǒng)上，主要代表有Red Hat。所以有關(guān)unixlinux類(lèi)操作系統(tǒng)的知識(shí)還是有必要學(xué)的，該類(lèi)系統(tǒng)與windows系統(tǒng)有很大的不同，要想學(xué)會(huì)使用這些軟件，首先要學(xué)習(xí)這些操作系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)，具體資料網(wǎng)上有很多。部分工具有windows版本，例如hspice，Modelsim。

　　二、 輔助類(lèi)工具軟件。

　　當(dāng)然，除了這三大EDA廠商的IC設(shè)計(jì)工具外，Altera 、Xilinx、Keil Software這三家公司的軟件quartus ii、ISE、KEIL開(kāi)發(fā)環(huán)境等，都是對(duì)于IC設(shè)計(jì)流程中比不可少的工具。它們分別是用于FPGA、單片機(jī)&ARM芯片的開(kāi)發(fā)。這類(lèi)軟件在芯片的CP測(cè)試和芯片應(yīng)用方案開(kāi)發(fā)上會(huì)有用到。

　　版圖提取工具，NetEditorLite、ChipAnalyzer，這兩個(gè)工具主要是針對(duì)芯片反向設(shè)計(jì)而言的。

　　算法設(shè)計(jì)工具，MATLAB，此工具應(yīng)用范圍很廣，但對(duì)于芯片設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，它較為適用于算法原型開(kāi)發(fā),例如，通信算法。

　　PCB版圖工具，Altium Designer,Orcad，Allegro。其中，目前Orcad,Allegro是屬于cadence電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)套件內(nèi)的主要軟件，而Altium Designer是最常用的軟件，它的前身是Protel。

　　Labview與數(shù)字源表，這一對(duì)軟硬件主要用于芯片電氣參數(shù)的半自動(dòng)化測(cè)試，特別是模擬芯片。其目的是芯片設(shè)計(jì)公司用于分析芯片樣品參數(shù)用。

　　對(duì)于這些工具的該如何使用，我會(huì)在下面的文章中進(jìn)行說(shuō)明。ps:沒(méi)有具體說(shuō)明軟件使用環(huán)境的，一般是在windows環(huán)境下使用。

　　先從反向設(shè)計(jì)說(shuō)起。下面是芯片反向設(shè)計(jì)的流程圖。

　　橙盒科技半導(dǎo)體研究中心芯片反向設(shè)計(jì)流程圖