Как разработать чип стоимостью менее 1000 долларов (часть 1): рекомендации по книгам

Что вы узнаете:

• TinyTapeout предлагает курс, который дает обзор основных компонентов схемы, проводя студента через принципиальную схему, моделирование, компоновку, обратную аннотацию, DRC и вывод на пленку, при этом проект студента изготавливается на 130-нм КМОП-технологии.
• Книги и рецензируемые статьи являются прекрасным источником информации для понимания деталей работы компонентов и схем, а некоторые из них содержат примеры.
• Список из семи избранных книг по проектированию аналоговых микросхем, а также загружаемое оглавление для каждой книги.

Тысяча долларов

Это все, что вам нужно для чипа?

Пойди почитай хорошую книгу

«С философией TinyTapeout, согласно которой любой может спроектировать чип, и с онлайн-классом, обучающим проектированию чипов на всем пути от установки инструментов до монтажа и оценки чипа, я зарегистрировался на бета-версию курса. Я сделал это в первую очередь для того, чтобы поделиться этим опытом с нашими читателями, которым может быть интересно создание малоизвестного, снятого с производства или оригинального аналогового, цифрового или смешанного чипа». — Энди Турудич, Nonlinearities Blog

TinyTapeoutа инструменты с открытым исходным кодом и PDK (комплекты для проектирования технологических процессов) теперь позволяют просматривать занятия по процедуре проектирования микросхем, а затем проектировать, моделировать, компоновать, монтировать, изготавливать и получать прототипы специализированных микросхем ASIC, состоящих из цифровых, аналоговых или смешанных сигнальных схем, менее чем за 1000 долларов США.

Первый шаг в процессе получения вашего собственного чипа, разработанного по индивидуальному заказу, на вашем рабочем столе — это сборка необходимых технологических библиотек, чтобы можно было продолжить фазу проектирования. Будь то аналоговый, цифровой или смешанный сигнальный дизайн, все они начинаются с базовых элементов схемы — МОП и/или биполярных транзисторов, резисторов, конденсаторов, индукторов, варакторных диодов, малосигнальных диодов и соединительной проводки. Эти компоненты обычно описываются в библиотеке, на создание которой требуется немного времени и денег.

Росистые или нет?

Для успешного проектирования чипа необходимо наличие двух типов библиотек. Хотя первая мысль о создании библиотеки склоняется к установке символов и примитивов макета для начала проектирования САПР, первая библиотека, которая, по моему мнению, необходима, состоит из книг и статей, связанных с типом дизайна чипа, который вы имеете в виду.

Книги и рецензируемые статьи служат отличными справочными материалами, позволяя проектировщику опираться на схемы и знания предыдущих проектировщиков и получать представление о том, как на самом деле работают функциональные блоки и компоненты схемы. Это важно для фаз захвата схемы, моделирования и компоновки схемы при изготовлении пользовательского чипа. Сейчас мы сосредоточимся на аналоговом и цифровом проектировании и оставим синтез проектирования цифровых схем на другой раз.

Перечисленные здесь книги и ресурсы ни в коем случае не являются исчерпывающими и не имеют какого-либо определенного ранжированного порядка. Любые предложения по книгам, которые я не перечислил, более чем приветствуются в области комментариев на этой странице. Я обновлю список здесь, в этой статье, если вы предложите действительно хороший том, так как немного деструктивно менять что-то после того, как оно опубликовано.

Прохождение GaAs

Я занимался проектированием микросхем время от времени в течение пары десятилетий, хотя я был на стороне определения продукта, поскольку определял функциональность устройства, спецификации выводов, синхронизацию и функциональность целостности сигнала, которые были необходимы. Мне повезло работать с очень компетентными командами инженеров-конструкторов из кремния и арсенида галлия (GaAs), которые занимались фактическим проектированием на уровне транзисторов, компоновкой и ленточными работами. Это, если смотреть в зеркало контекста этого проекта, было роскошью.

Мои занятия GaAs начались где-то в 1987 году, когда я прошел внутренний курс по проектированию GaAs у Джона Ситча и Пола Джея, когда мы работали в Bell-Northern Research. Он включал обзор схем ячеек наших стандартных ячеек на основе транзисторов MESFET.

Я использовал эти знания GaAs для управления первой фазой финансируемых DARPA/NSF/ITO групп в Bellcore, AT&T Bell Labs (Lucent) и Rockwell Science Center для разработки первого аналогового интерфейса с побайтовой обработкой данных (AFE), оптических компонентов и SERDES для SONET со скоростью 10 Гбит/с, что было сделано на невероятно быстрой (в 1991 году) частоте 50 ГГц. Ф_т Процесс GaAs HBT. Я также был архитектором пары GaAs кросс-переключателей; разработчик схемы и я опубликовал статью об одном из них на симпозиуме по ИС GaAs.

Это самое близкое, на что я подошел, чтобы физически спроектировать полноценный чип — почти, но не совсем.

Тем не менее, прошло несколько десятилетий с тех пор, как мы изучали МОП-устройства в школе, и почти четыре десятилетия с тех пор, как я прошел курс проектирования ИС GaAs. Также прошло несколько десятилетий с тех пор, как мы сделали исправление только для металлов GaAs в TriQuint, чтобы вставить пропущенный триггер за счет незначительной функции чипа, чтобы вовремя передать чип в руки клиентов. Пакет TinyTapeout действительно включает класс, но, по моему мнению, его недостаточно, чтобы делать больше, чем базовые аналоговые функции КМОП.

Это значит, что мне нужно просмотреть и повторно использовать все, что есть, чтобы получить tapeout с чем-то, что может работать. Лучшая часть TinyTapeout, помимо низкой стоимости изготовления чипа, заключается в том, что все заявки являются Open Source.

Например, если кто-то вырезал операционный усилитель, все его файлы дизайна доступны для вас, чтобы вы могли построить на их основе свой собственный чип сервоконтроллера. Кто-то в будущем мог бы использовать вашу работу для создания 5-осевого контроллера ЧПУ, включая встраивание VHDL для микропроцессора типа RISC-V или Z-80. Однако элементы схемы и блоки, которых там нет, означают, что нужно искать соответствующие статьи (я использую Google Академия для этой части) и приобретение учебников в качестве справочных материалов.

Итак, вот список некоторых книг, которые я планирую использовать в процессе проектирования запланированного аналого-цифрового чипа (я пока еще не решил, какой именно чип буду делать, хотя я думаю о создании высокочастотного предварительного делителя; может быть, попробовать достичь скоростей GaAs MESFET 1990-х годов).

После каждого автора и названия книги в списке я также привожу оглавление в загружаемом PDF-файле, которое должно дать вам лучшее представление о материале, охватываемом каждой книгой.

Великолепная семерка

Опять же, они не имеют определенного порядка (каждая запись имеет файл с оглавлением, встроенный прямо под ней); некоторые из названий считаются «классикой» многими разработчиками ИС и профессорами инженерии: