正文 第82章 芯片设计过程
芯片的制造基础就是晶圆，它是芯片的基础，芯片就是在晶圆基础上进行加工的。
在半导体中，总是会提到以尺寸标示的晶圆厂，如 8 寸或是 12 寸晶圆厂，晶圆就是制造各式电脑芯片的基础，是芯片制造的基板。
我们可以将芯片制造比拟成用乐高积木盖房子，藉由一层又一层的堆叠，完成各式芯片的制造。
然而，如果没有良好的地基，盖出来的房子就会歪来歪去，不合自己所意，为了做出完美的房子，便需要一个平稳的基板。
对芯片制造来说，这个基板就是晶圆。
首先，先回想一下小时候在玩乐高积木时，积木的表面都会有一个一个小小圆型的凸出物，藉由这个构造，我们可将两块积木稳固的叠在一起，且不需使用胶水。
芯片制造，也是以类似这样的方式，将后续添加的原子和基板固定在一起。因此，我们需要寻找表面整齐的基板，以满足后续制造所需的条件。
在固体材料中，有一种特殊的晶体结构──单晶，它具有原列在一起的特性，可以形成一个平整的原子表层。
因此，采用单晶做成晶圆，便可以满足以上的需求。
原子级别的制造就可以知道这种技术的难度，原子观测都难，更不用说加工原子了。
该如何产生这样的材料呢？主要有二个步骤，分别为纯化以及拉晶，之后便能完成这样的材料。
纯化分成两个阶段，第一步是冶金级纯化，二氧化硅是大自然中非常常见的一种石头，此一过程主要是加入碳，以氧化还原的方式，将氧化硅转换成 98以上纯度的硅，就像炼钢一样。
但是，98对于芯片制造来说依旧不够，仍需要进一步提升。
因此，将再进一步采用西门子制程作纯化，如此，将获得半导体制程所需的高纯度多晶硅。
接着，就是拉晶的步骤。
首先，将前面所获得的高纯度多晶硅融化，形成液态的硅。之后，以单晶的硅种和液体表面接触，一边旋转一边缓慢的向上拉起。至于为何需要单晶的硅种，是因为硅原子排列就和人排队一样，会需要排头让后来的人该如何正确的排列，硅种便是重要的排头，让后来的原子知道该如何排队。最后，待离开液面的硅原子凝固后，排列整齐的单晶硅柱便完成了。
然而，8寸c12寸又代表什么东西呢？他指的是我们产生的晶柱，长得像铅笔笔桿的部分，表面经过处理并切成薄圆片后的直径。至于制造大尺寸晶圆又有什么难度呢？
晶柱的制作过程就像是在做棉花糖一样，一边旋转一边成型。
有制作过棉花糖的话，应该都知道要做出大而且扎实的棉花糖是相当困难的，而拉晶的过程也是一样，旋转拉起的速度以及温度的控制都会影响到晶柱的品质。
也因此，尺寸愈大时，拉晶对速度与温度的要求就更高，因此要做出高品质 12 寸晶圆的难度就比 8 寸晶圆还来得高。
只是，一整条的硅柱并无法做成芯片制造的基板，为了产生一片一片的硅晶圆，接着需要以钻石刀将硅晶柱横向切成圆片，圆片再经由抛光便可形成芯片制造所需的硅晶圆。
有了晶圆之后就可以进行芯片的设计。
如果是23世纪文明，这些设计就可以在“天道”系统里面进行模拟设计，芯片的制造一个指令就行了，但是现在并没有这种技术。
“天道”是一个高科技的宇宙模拟系统，可以模拟宇宙的规则，比如重力c引力c化学特性等等，当然这些特性需要人类进行事先的设置，一旦设置成功之后，配合虚拟现实技术，里面就是一个真正的世界，如果人类突然走进这个虚拟世界，都会分不清现实还是虚幻。
“天道系统”的作用就是进行科学研究，可以极大地减少科研成本，也可以设计虚拟游戏，感受虚拟游戏世界的乐趣。
目前辉煌科技的天道系统还很低级，仅仅可以做游戏需要大量的人力资源完善。
ic 设计是一门非常复杂的专业，也多亏了电脑辅助软体的成熟，才让复杂ic 设计得以变成现实。
ic 设计厂十分依赖工程师的智慧，每个步骤都有其专门的知识，皆可独立成多门专业的课程，像是撰写硬体描述语言就不单纯的只需要熟悉程式语言，还需要了解逻辑电路是如何运作c如何将所需的演算法转换成程式c合成软体是如何将程式转换成逻辑闸等问题。
如果没有成功的ic设计图，拥有再强制造能力都没有用，ic设计就相当于建筑师的角色，而ic制造就像房地产施工设备，没有好的设计图和施工设备就无法建造成合格的芯片。
在 ic 生产流程中，ic 多由专业 ic 设计公司进行规划c设计，像是联发科c高通ctel 等知名大厂，都自行设计各自的 ic 芯片，提供不同规格和效能的芯片给下游厂商选择。
因为 ic 是由各厂自行设计，所以 ic 设计十分仰赖工程师的技术，工程师的素质影响着一间企业的价值。
工程师们在设计一颗 ic 芯片时，究竟有那些步骤呢？
第一步，芯片规格制定。
规格制定的第一步便是确定 ic 的目的c效能为何，对大方向做设定。
接着是察看有哪些协议要符合，像无线网卡的芯片就需要符合 ieee 80211 等规范，不然，这芯片将无法和市面上的产品相容，使它无法和其他设备连线。
最后则是确立这颗 ic 的实作方法，将不同功能分配成不同的单元，并确立不同单元间连结的方法，如此便完成规格的制定。
这个步骤就像是在设计建筑前，先决定要几间房间，浴室，厨房如何规划，有什么建筑法规需要遵守，在确定好所有的功能之后再进行设计，这样才不用再花额外的时间进行后续修改。
第二步，设计芯片的逻辑代码，在 ic 芯片中，便是使用硬体描述语言（fpga）将电路描写出来，常使用的 hdl 有 veril一gcvhdl 等。
藉由程式码便可轻易地将一颗 ic 地功能表达出来。接着就是检查程式功能的正确性并持续修改，直到它满足期望的功能为止。
这个步骤就像初步记下建筑的规画，将整体轮廓描绘出来，方便后续制图。
第三步，逻辑转换。在 ic 设计中，逻辑合成这个步骤便是将确定无误的 fpga代码放入电子设计自动化工具（eda ），让电脑将 hdl de 转换成逻辑电路，之后，反复的确定此逻辑闸设计图是否符合规格并修改，直到功能正确为止。
最后，将合成完的程式码再放入另一套 eda t一一l，进行电路布局与绕线。
在经过不断的检测后，便会形成电路图，图中可以看到蓝c红c绿c黄等不同颜色，每种不同的颜色就代表着一张光罩。
芯片由层层光罩叠加在一起，最后形成芯片。
一颗 ic 会产生多张的光罩，这些光罩有上下层的分别，每层有各自的任务。
以电路中最基本的元件 一s 为范例，一s 全名为互补式金属氧化物半导体，也就是将 n一s 和 p一s 两者做结合，形成 一s，这是一种放大管，是电子的最基本的单元，类似的还有三极管c电子管，我们使用的每一种电子产品都由这种基本单元组合而成。
电路图的每种颜色便代表一张光罩。芯片从底层开始，逐层制作光罩，最后便会产生期望的芯片了。
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在半导体中，总是会提到以尺寸标示的晶圆厂，如 8 寸或是 12 寸晶圆厂，晶圆就是制造各式电脑芯片的基础，是芯片制造的基板。
我们可以将芯片制造比拟成用乐高积木盖房子，藉由一层又一层的堆叠，完成各式芯片的制造。
然而，如果没有良好的地基，盖出来的房子就会歪来歪去，不合自己所意，为了做出完美的房子，便需要一个平稳的基板。
对芯片制造来说，这个基板就是晶圆。
首先，先回想一下小时候在玩乐高积木时，积木的表面都会有一个一个小小圆型的凸出物，藉由这个构造，我们可将两块积木稳固的叠在一起，且不需使用胶水。
芯片制造，也是以类似这样的方式，将后续添加的原子和基板固定在一起。因此，我们需要寻找表面整齐的基板，以满足后续制造所需的条件。
在固体材料中，有一种特殊的晶体结构──单晶，它具有原列在一起的特性，可以形成一个平整的原子表层。
因此，采用单晶做成晶圆，便可以满足以上的需求。
原子级别的制造就可以知道这种技术的难度，原子观测都难，更不用说加工原子了。
该如何产生这样的材料呢？主要有二个步骤，分别为纯化以及拉晶，之后便能完成这样的材料。
纯化分成两个阶段，第一步是冶金级纯化，二氧化硅是大自然中非常常见的一种石头，此一过程主要是加入碳，以氧化还原的方式，将氧化硅转换成 98以上纯度的硅，就像炼钢一样。
但是，98对于芯片制造来说依旧不够，仍需要进一步提升。
因此，将再进一步采用西门子制程作纯化，如此，将获得半导体制程所需的高纯度多晶硅。
接着，就是拉晶的步骤。
首先，将前面所获得的高纯度多晶硅融化，形成液态的硅。之后，以单晶的硅种和液体表面接触，一边旋转一边缓慢的向上拉起。至于为何需要单晶的硅种，是因为硅原子排列就和人排队一样，会需要排头让后来的人该如何正确的排列，硅种便是重要的排头，让后来的原子知道该如何排队。最后，待离开液面的硅原子凝固后，排列整齐的单晶硅柱便完成了。
然而，8寸c12寸又代表什么东西呢？他指的是我们产生的晶柱，长得像铅笔笔桿的部分，表面经过处理并切成薄圆片后的直径。至于制造大尺寸晶圆又有什么难度呢？
晶柱的制作过程就像是在做棉花糖一样，一边旋转一边成型。
有制作过棉花糖的话，应该都知道要做出大而且扎实的棉花糖是相当困难的，而拉晶的过程也是一样，旋转拉起的速度以及温度的控制都会影响到晶柱的品质。
也因此，尺寸愈大时，拉晶对速度与温度的要求就更高，因此要做出高品质 12 寸晶圆的难度就比 8 寸晶圆还来得高。
只是，一整条的硅柱并无法做成芯片制造的基板，为了产生一片一片的硅晶圆，接着需要以钻石刀将硅晶柱横向切成圆片，圆片再经由抛光便可形成芯片制造所需的硅晶圆。
有了晶圆之后就可以进行芯片的设计。
如果是23世纪文明，这些设计就可以在“天道”系统里面进行模拟设计，芯片的制造一个指令就行了，但是现在并没有这种技术。
“天道”是一个高科技的宇宙模拟系统，可以模拟宇宙的规则，比如重力c引力c化学特性等等，当然这些特性需要人类进行事先的设置，一旦设置成功之后，配合虚拟现实技术，里面就是一个真正的世界，如果人类突然走进这个虚拟世界，都会分不清现实还是虚幻。
“天道系统”的作用就是进行科学研究，可以极大地减少科研成本，也可以设计虚拟游戏，感受虚拟游戏世界的乐趣。
目前辉煌科技的天道系统还很低级，仅仅可以做游戏需要大量的人力资源完善。
ic 设计是一门非常复杂的专业，也多亏了电脑辅助软体的成熟，才让复杂ic 设计得以变成现实。
ic 设计厂十分依赖工程师的智慧，每个步骤都有其专门的知识，皆可独立成多门专业的课程，像是撰写硬体描述语言就不单纯的只需要熟悉程式语言，还需要了解逻辑电路是如何运作c如何将所需的演算法转换成程式c合成软体是如何将程式转换成逻辑闸等问题。
如果没有成功的ic设计图，拥有再强制造能力都没有用，ic设计就相当于建筑师的角色，而ic制造就像房地产施工设备，没有好的设计图和施工设备就无法建造成合格的芯片。
在 ic 生产流程中，ic 多由专业 ic 设计公司进行规划c设计，像是联发科c高通ctel 等知名大厂，都自行设计各自的 ic 芯片，提供不同规格和效能的芯片给下游厂商选择。
因为 ic 是由各厂自行设计，所以 ic 设计十分仰赖工程师的技术，工程师的素质影响着一间企业的价值。
工程师们在设计一颗 ic 芯片时，究竟有那些步骤呢？
第一步，芯片规格制定。
规格制定的第一步便是确定 ic 的目的c效能为何，对大方向做设定。
接着是察看有哪些协议要符合，像无线网卡的芯片就需要符合 ieee 80211 等规范，不然，这芯片将无法和市面上的产品相容，使它无法和其他设备连线。
最后则是确立这颗 ic 的实作方法，将不同功能分配成不同的单元，并确立不同单元间连结的方法，如此便完成规格的制定。
这个步骤就像是在设计建筑前，先决定要几间房间，浴室，厨房如何规划，有什么建筑法规需要遵守，在确定好所有的功能之后再进行设计，这样才不用再花额外的时间进行后续修改。
第二步，设计芯片的逻辑代码，在 ic 芯片中，便是使用硬体描述语言（fpga）将电路描写出来，常使用的 hdl 有 veril一gcvhdl 等。
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这个步骤就像初步记下建筑的规画，将整体轮廓描绘出来，方便后续制图。
第三步，逻辑转换。在 ic 设计中，逻辑合成这个步骤便是将确定无误的 fpga代码放入电子设计自动化工具（eda ），让电脑将 hdl de 转换成逻辑电路，之后，反复的确定此逻辑闸设计图是否符合规格并修改，直到功能正确为止。
最后，将合成完的程式码再放入另一套 eda t一一l，进行电路布局与绕线。
在经过不断的检测后，便会形成电路图，图中可以看到蓝c红c绿c黄等不同颜色，每种不同的颜色就代表着一张光罩。
芯片由层层光罩叠加在一起，最后形成芯片。
一颗 ic 会产生多张的光罩，这些光罩有上下层的分别，每层有各自的任务。
以电路中最基本的元件 一s 为范例，一s 全名为互补式金属氧化物半导体，也就是将 n一s 和 p一s 两者做结合，形成 一s，这是一种放大管，是电子的最基本的单元，类似的还有三极管c电子管，我们使用的每一种电子产品都由这种基本单元组合而成。
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