VLSI-suunnittelun ymmärtäminen: kattava opas

VLSI tulee sanoista Very Large-Scale Integration. Se viittaa integroitujen piirien (ICs) luomisprosessiin, jotka sisältävät miljoonia transistoreita ja muita komponentteja yhdellä sirulla. VLSI-suunnittelun tavoitteena on luoda tehokkaita, vähätehoisia IC:itä, joita voidaan käyttää monenlaisissa sovelluksissa älypuhelimista ja kannettavista tietokoneista lääketieteellisiin laitteisiin ja autojärjestelmiin.

VLSI-suunnitteluun kuuluu useita vaiheita, mukaan lukien:

1. Vaatimusten määritelmä: IC:n toiminnallisten vaatimusten ja suorituskykyrajoitusten tunnistaminen.
2. Arkkitehtuurisuunnittelu: IC:n kokonaisarkkitehtuurin määrittely, mukaan lukien sopivien laitteistokomponenttien ja niiden yhteenliitäntöjen valinta.
3. RTL (Register-Transfer Level) -suunnittelu: IC:n käyttäytymismallin kirjoittaminen käyttämällä laitteiston kuvauskieltä (HDL), kuten Verilog tai VHDL.
4. Synteesi: RTL-mallin muuntaminen verkkolistaksi, joka on lista porteista ja muista komponenteista, joita voidaan käyttää IC:n ohjelmointiin.
5. Pohjasuunnittelu: IC:n fyysisen asettelun määrittäminen, mukaan lukien komponenttien sijoittelu ja liitäntöjen reititys.
6. Sijoitus: Piirielementtien sijoittaminen sirulle pohjapiirros ja reititysvaatimukset huomioon ottaen.
7. Kellopuun synteesi: Kellon jakeluverkon suunnittelu sen varmistamiseksi, että kaikki IC:n osat vastaanottavat kellosignaalin samanaikaisesti ja minimaalisella vinoudella.
8. Reititys: Piirielementtien kytkeminen johtojen avulla ottaen huomioon ajoitus-, pinta-ala- ja tehonäkökohdat.
9. Fyysinen tarkastus: Suunnittelun valmistuksen toteutettavuuden, sähköisen suorituskyvyn ja suunnittelusääntöjen noudattamisen tarkistaminen.
10. Tapeout: Lopullisten suunnittelutiedostojen luominen ja toimittaminen valimoon valmistusta varten.

VLSI-suunnittelu on monimutkainen ja haastava ala, joka vaatii sekä laitteisto- että ohjelmistosuunnittelun asiantuntemusta. Sitä käytetään monissa sovelluksissa kulutuselektroniikasta tehokkaisiin laskentajärjestelmiin.