第一關，難在架構設計

　　芯片設計，環節眾多，每個環節都面臨很多挑戰。以相對較為簡單的數字集成電路設計為例設計多采用自頂向下設計方式，層層分解后包括：

　　需求定義：結合外部環境分析、供應鏈資源、公司自身定位等信息，提出對新一代產品的需求，并進一步考慮產品作用、功能、所需線板數量、使用集成電路類型等，精準定義產品需求。這一環節的難度在于對市場、技術的未來趨勢準確判斷和對設計人員、制造工廠等自身和產業鏈情況、能力的充分了解。

　　功能實現：描述芯片需要實現的目標，通常用硬件描述語言編寫。這一環節的難度在于對芯片整體可以達到的性能、功能的把握，既要充分滿足目標，又不能超過自身的能力上限。

　　結構設計：根據芯片的特點，將其劃分成接口清晰、相互關系明確、功能相對獨立的子模塊。這一環節難度在于對芯片結構的熟悉，是否能用盡可能少的模塊和盡可能低的標準達到要求。

　　邏輯綜合：開發者將硬件描述語言轉換成邏輯電路圖。這一環節難度在于需要保證代碼的可綜合、清晰簡潔、可讀性，有時還要考慮模塊的復用性。

　　物理實現：將邏輯電路轉換成為有物理連接的電路圖。這一環節難度在于如何根據制程，使用盡可能少的元件和連線完成從RTL描述到綜合庫單元之間的映射，得到一個在面積和時序上滿足需求的門級網表，并使內部互不干擾。

　　物理版圖：以 GDSII 的文件格式交給晶圓廠，在硅片上做出實際的電路，再進行封裝和測試，得到物理芯片。

　　必須說明的是，芯片設計時，需要考慮許多變量，例如信號干擾、發熱分布等，而芯片的物理特性，如磁場、信號干擾，在不同制程下有很大不同，沒有數學公式可以直接計算，也沒有可套用的經驗數據直接填入，只能依靠EDA工具一步一步設計，一步步模擬，不斷取舍。每一次模擬之后，如果效果不理想，就要重新設計一次，對團隊的智慧、精力、耐心都是極大考驗。

　　第二關，難在驗證

　　芯片驗證目標是在芯片制造之前，通過檢查、仿真、原型平臺等手段反復迭代驗證，提前發現系統軟硬件功能錯誤、優化性能和功耗，使設計精準、可靠，且符合最初規劃的芯片規格。

　　它不是在設計完成后再進行的工序，而是貫穿在設計的每一個環節中的重復性行為，可細分為系統級驗證、硬件邏輯功能驗證、混合信號驗證、軟件功能驗證、物理層驗證、時序驗證等。

　　驗證很難，首先在驗證只能證偽，需要反復考慮可能遇到的問題，以及使用形式化驗證等手段來保證正確的概率，非常考驗設計人員的經驗和智慧。

　　其次在驗證的方法必須盡可能高效。現在的芯片集成了微處理器、模擬IP核、數字IP核和存儲器(或片外存儲控制接口)，驗證復雜度指數級增長。如何快速、準確、完備、易調試地完成日益復雜的驗證，進入流片階段，是每個芯片設計人員最大的挑戰。

　　最后在驗證工具本身。以常見的FPGA硬件仿真驗證為例，90年代FPGA驗證最多可支持200萬門，每門的費用為1美元。如今單位價格雖然大幅下降，隨著芯片的復雜程度指數級增長，驗證的門數也上升到以千萬和億為計算的規模，總體費用更加驚人。

　　此外，FPGA本身也是芯片設計的一種。現在大型設計(大于2千萬等效ASIC門)需要用多塊FPGA互聯進行驗證，FPGA的設計面對RTL邏輯的分割、多片FPGA之間的互聯拓撲結構、I/O分配、布局布線、可觀測性等現實要求，這就又給設計環節增加了難度。