以GPU為例的芯片設(shè)計(jì)制造模式和流程的研究

摘要：為深刻清晰地認(rèn)識(shí)我國芯片行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r，開展了國內(nèi)外芯片的主流生產(chǎn)模式的研究。從世界上現(xiàn)有的芯片公司類型出發(fā)，深刻分析了其運(yùn)作模式和核心業(yè)務(wù)內(nèi)容以及各類型公司的優(yōu)勢(shì)與不足。然后以GPU芯片為例，詳細(xì)闡述了芯片從需求分析到流片生產(chǎn)的過程，并研究了芯片生產(chǎn)的關(guān)鍵工藝和技術(shù)難點(diǎn)，重點(diǎn)分析了在芯片設(shè)計(jì)階段軟件設(shè)計(jì)中的研發(fā)模式和硬件研發(fā)的設(shè)計(jì)模式，并對(duì)各階段的芯片測(cè)試方案做了細(xì)致的分析闡述。最后分析了我國芯片行業(yè)的優(yōu)勢(shì)與短板，為芯片行業(yè)的發(fā)展提出了建議。

關(guān)鍵字：芯片產(chǎn)業(yè)模式；芯片設(shè)計(jì)；芯片制造；GPU

一 、引言

近年來，受制于技術(shù)、材料，我國國內(nèi)的集成電路、半導(dǎo)體行業(yè)受國家政策支持下飛速發(fā)展，一大批芯片企業(yè)發(fā)展迅猛，開始占據(jù)更多的市場(chǎng)份額，成為我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的中流砥柱。雖然芯片產(chǎn)業(yè)實(shí)力快速增強(qiáng)，芯片設(shè)計(jì)、制造生產(chǎn)和封裝測(cè)試等配套產(chǎn)業(yè)較為完善，但在構(gòu)架設(shè)計(jì)、硬件生產(chǎn)等方面還與發(fā)達(dá)國家存在較大差距[1]。芯片設(shè)計(jì)制造是大國之間競(jìng)爭(zhēng)最為激烈的領(lǐng)域之一，是未來先進(jìn)生產(chǎn)力的重要支柱，目前我國芯片自給率僅為30%，國內(nèi)芯片受生產(chǎn)力的制約難以滿足龐大的市場(chǎng)需求，芯片生產(chǎn)水平的提升迫在眉睫。

二、芯片公司的主要類型

芯片公司按照其運(yùn)作模式可分為 IDM（integrated Device Manufacture）模式、Fabless模式和Foundry模式。其中由IDM公司整合了芯片軟硬件設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和測(cè)試等芯片制造的整個(gè)生產(chǎn)鏈，因而規(guī)模龐大、技術(shù)底蘊(yùn)深厚。其優(yōu)勢(shì)在于芯片制造完全自主可控，完備的結(jié)構(gòu)體系讓芯片生產(chǎn)組織協(xié)同效率高，完善的技術(shù)支持使得產(chǎn)品質(zhì)量可靠，研發(fā)和生產(chǎn)技術(shù)的積累極大地降低了產(chǎn)品升級(jí)換代和維護(hù)的成本，所生產(chǎn)的芯片往往是通用型芯片。但隨之帶來的是公司規(guī)模大、運(yùn)行成本高的缺點(diǎn)，這些特點(diǎn)決定了這類公司數(shù)量少、技術(shù)頂尖的特性。由于工業(yè)芯片性能差別大，許多特殊工藝，比如BCD（Biploar、CMOS、 DMOS）工藝，僅能在自建產(chǎn)線上才能夠有更好的體現(xiàn)，因此IDM公司定制化的工藝與設(shè)計(jì)，更能滿足特殊的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景需求[2]。

Fabless模式的公司也被稱為design house，這類公司專注于芯片的設(shè)計(jì)，由芯片生產(chǎn)廠商完成流片、測(cè)試等工作。其優(yōu)勢(shì)在于成本低、僅獲取芯片設(shè)計(jì)的利益，而不承擔(dān)流片的風(fēng)險(xiǎn)。同樣不涉及芯片的實(shí)體銷售，避免了芯片庫存壓力對(duì)公司帶來的負(fù)面影響。相較于通用芯片，根據(jù)客戶需求，定制化地進(jìn)行設(shè)計(jì)制造出的芯片在特定場(chǎng)景更能發(fā)揮芯片的效能，從而在當(dāng)下的市場(chǎng)環(huán)境下能夠占得一席之地。

Foundry模式，即芯片代工廠，該類公司的核心業(yè)務(wù)是利用客戶提供的芯片設(shè)計(jì)方案生產(chǎn)芯片實(shí)物，其中芯片設(shè)計(jì)稿大多來源于Fabless公司。由于生產(chǎn)芯片需要光刻機(jī)等硬件設(shè)備的支持，F(xiàn)oundry模式的芯片公司具有較高的技術(shù)壁壘。頂級(jí)的芯片代工廠在行業(yè)中壟斷了高端芯片的制造，一方面在于晶體管門電路的尺寸從28納米到22納米、14納米、7納米，再到如今頂尖水平的5納米，制造工藝是一個(gè)長期的技術(shù)發(fā)展與技術(shù)沉淀的過程。顯著區(qū)別于手機(jī)、汽車行業(yè)的是，新興的芯片制造公司在很長一段時(shí)間內(nèi)難以企及一線芯片制造公司，寬闊的技術(shù)護(hù)城河使得芯片制造公司的領(lǐng)頭羊賺取巨額的利潤；另一方面，集成電路行業(yè)的巨頭們不斷地與頭部代工廠建立了越來越深的合作關(guān)系，如英偉達(dá)、蘋果公司的產(chǎn)品主要由臺(tái)積電和三星公司主要代工生產(chǎn)。對(duì)客戶而言，行業(yè)巨頭強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合所生產(chǎn)出的芯片產(chǎn)品質(zhì)量、所耗成本均能得到有效把控，因此會(huì)優(yōu)先選擇這類產(chǎn)品，正反饋?zhàn)饔孟?，頭部芯片代工廠與其他廠商差距越拉越大。

就公司模式的關(guān)系而言， Fabless模式和Foundry模式的公司業(yè)務(wù)相結(jié)合便成了IDM模式公司。IDM模式的公司體量大，對(duì)資金、技術(shù)、管理各方面都有更高的要求，但世界范圍內(nèi)對(duì)芯片的需求增長又相對(duì)穩(wěn)定，因此決定了IDM模式的公司數(shù)量少，但能占據(jù)全球大量份額。Fabless公司和Foundry公司相互合作，分別負(fù)責(zé)芯片設(shè)計(jì)與芯片制造，由此瓜分其余份額。IDM公司產(chǎn)業(yè)鏈齊全，能為客戶提供從芯片最初構(gòu)想到流片的一站式服務(wù)，而客戶選用由Fabless公司與Foundry公司協(xié)作生產(chǎn)的方案一定程度能夠降低風(fēng)險(xiǎn)，也能更加個(gè)性化地定制芯片以滿足實(shí)際需求。此外，F(xiàn)oundry模式公司能夠獲得客戶信任的一個(gè)必要條件是其不涉及芯片設(shè)計(jì)的相關(guān)業(yè)務(wù)，因而能夠嚴(yán)格地保護(hù)客戶的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，而不存在侵犯、盜取用戶和芯片設(shè)計(jì)相關(guān)權(quán)益的問題。

三、GPU芯片介紹

芯片按其應(yīng)用角度可分為處理器芯片、電源芯片、存儲(chǔ)芯片、通信芯片和接口芯片等，其中處理器芯片可分為中央處理單元（CPU）、圖形處理器（GPU）、視頻處理單元（VPU）、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器（NPU）。

中央處理器是電子計(jì)算機(jī)的核心組成單元，是運(yùn)行樞紐與中心，主要由控制器、運(yùn)算器構(gòu)成，并與存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備共同構(gòu)成計(jì)算機(jī)核心部件。CPU主要承擔(dān)著接收和處理計(jì)算機(jī)中指令的任務(wù)，高效準(zhǔn)確地讀取、解析由總線傳輸指令后執(zhí)行具體命令。另一方面，CPU需要完成任務(wù)調(diào)度，資源分配，執(zhí)行通用計(jì)算等工作，足以見其重要性。GPU是圖形處理器，也稱為視覺處理器、顯示核心，是一類在智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)端設(shè)備或是個(gè)人計(jì)算機(jī)、大型游戲機(jī)和工作站內(nèi)進(jìn)行圖形和圖像相關(guān)運(yùn)算的微處理器。在其設(shè)計(jì)之初，主要用于處理圖像數(shù)據(jù)，但隨著社會(huì)發(fā)展的需要，在GPU內(nèi)逐步加入更為豐富的功能，如物理模擬、AI運(yùn)算和音視頻編碼解碼等，其強(qiáng)大的計(jì)算能力使得高質(zhì)量圖像的實(shí)時(shí)渲染、高效快速的深度學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練成為現(xiàn)實(shí)。CPU內(nèi)部?jī)H有數(shù)個(gè)數(shù)量有限的內(nèi)核，承載著大量計(jì)算、調(diào)度、執(zhí)行等多方面繁重的工作。在大量實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，一些計(jì)算簡(jiǎn)單、數(shù)量較多、獨(dú)立性較強(qiáng)的重復(fù)性操作在這些繁重的任務(wù)中占據(jù)了一定比重，為提高效率很自然地出現(xiàn)了將該類操作交由特定單元進(jìn)行單獨(dú)處理的設(shè)計(jì)思路，用于處理具有高度并行性的圖形渲染工作的圖像處理單元，即GPU，應(yīng)運(yùn)而生[3]。GPU承擔(dān)了部分CPU的工作，圖形渲染、格式轉(zhuǎn)換等需要大量計(jì)算的任務(wù)在CPU上進(jìn)行處理會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間，而這些處理同一類型數(shù)據(jù)的計(jì)算任務(wù)交由GPU處理能夠極大地提升工作效率和系統(tǒng)效能[4]。但GPU無法單獨(dú)工作，需要由CPU進(jìn)行調(diào)度和調(diào)控。GPU內(nèi)部有大量的計(jì)算單元，計(jì)算單元內(nèi)進(jìn)行簡(jiǎn)單的邏輯運(yùn)算，因其計(jì)算單元數(shù)量眾多、計(jì)算方式有限且統(tǒng)一，GPU的圖形處理能力遠(yuǎn)超CPU。用GPU特定地處理圖形相關(guān)的任務(wù)，能夠顯著提升計(jì)算效率，這也是專有功能芯片存在的意義所在。

四、芯片設(shè)計(jì)制造流程

將以GPU芯片的生產(chǎn)為例，詳細(xì)分析研究芯片設(shè)計(jì)制造的流程。芯片設(shè)計(jì)大致可分為需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、前端設(shè)計(jì)和后端設(shè)計(jì)四個(gè)部分。其中需求分析主要從芯片用途入手規(guī)劃芯片的功能特性，如對(duì)于智能手表的嵌入式芯片要求其具有低功耗、窄面積、低延遲等特性，并且對(duì)比現(xiàn)有芯片的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)計(jì)改進(jìn)、提升思路，衡量流片成本與封裝難度等。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要工作包括完整的系統(tǒng)構(gòu)架、模塊劃分、功能設(shè)計(jì)等，同時(shí)確認(rèn)頻率、功耗等各項(xiàng)參數(shù)的具體設(shè)定。芯片前端包括RTL 編程、仿真驗(yàn)證和綜合邏輯驗(yàn)證，其中RTL編程是根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的規(guī)劃通過硬件描述語言實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)文檔中的各個(gè)功能模塊，保證邏輯清晰、穩(wěn)定且容易實(shí)現(xiàn)；仿真驗(yàn)證階段主要通過諸如Modelsim等仿真工具檢驗(yàn)代碼所構(gòu)建的功能的正確性，時(shí)序的可行性等；邏輯綜合驗(yàn)證主要過程為，通過讀取所設(shè)計(jì)的RTL描述，并將其翻譯轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的功能塊和功能塊之間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然后依據(jù)相關(guān)時(shí)序要求、面積約束等，利用一定的算法對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，最后根據(jù)時(shí)序和面積約束條件，從目標(biāo)工藝庫中尋找最為合適的單元構(gòu)成具體的電路邏輯網(wǎng)表；而后端設(shè)計(jì)的工作為對(duì)需求分析中指定的各項(xiàng)芯片規(guī)格參數(shù)做具體實(shí)現(xiàn)，主要步驟包括布局規(guī)劃、布局實(shí)現(xiàn)、時(shí)鐘樹綜合、布線、工程修改、形式驗(yàn)證。

（一）一種并行的研發(fā)策略

為了加速芯片研究進(jìn)度，降低生產(chǎn)周期，硬件團(tuán)隊(duì)和軟件團(tuán)隊(duì)往往需要并行異步工作。硬件團(tuán)隊(duì)完成基本的設(shè)計(jì)后，會(huì)開發(fā)一個(gè)GPU軟件模型，在軟件層面上模擬GPU的各項(xiàng)功能，當(dāng)然GPU軟件模型的運(yùn)算性能遠(yuǎn)低于實(shí)際的GPU產(chǎn)品，其作用在于為軟件團(tuán)隊(duì)提供驅(qū)動(dòng)開發(fā)和驗(yàn)證的平臺(tái)。軟件團(tuán)隊(duì)在模擬出GPU在實(shí)際工作中會(huì)接收到的輸入信號(hào)后，將該信號(hào)作為GPU軟件模型的輸入信號(hào)，將一系列的數(shù)據(jù)處理、模式配置、參數(shù)配置等處理命令和配置信息組裝成為command buffer，提交至與GPU的數(shù)據(jù)交互區(qū)，然后由GPU軟件模型讀取命令信息，逐條解析后，依次執(zhí)行相應(yīng)的操作，GPU軟件模型處理后得到相應(yīng)輸出，通過檢查該輸出與預(yù)期輸入是否相同的方式可檢驗(yàn)GPU軟件設(shè)計(jì)的合理性和有效性。

（二）軟件設(shè)計(jì)

GPU芯片需要經(jīng)過諸如游戲公司等GPU芯片的直接使用者進(jìn)行二次開發(fā)后，才會(huì)呈現(xiàn)在普通消費(fèi)者面前，因此芯片的軟件設(shè)計(jì)一方面是為二次開發(fā)人員提供程序接口，另一方面是與芯片內(nèi)核進(jìn)行通信，傳遞指令。在根據(jù)客戶需求確定了芯片功能后，軟件團(tuán)隊(duì)依據(jù)需要傳入GPU中的用戶可調(diào)節(jié)的參數(shù)和具體功能設(shè)計(jì)接口函數(shù)，要求滿足調(diào)用的便捷性，功能的完整性，使用的安全性，拒絕不合理的參數(shù)配置保護(hù)芯片硬件等，并需要隱藏實(shí)現(xiàn)過程以保護(hù)芯片內(nèi)部設(shè)計(jì)的技術(shù)細(xì)節(jié)。GPU的軟件的實(shí)現(xiàn)邏輯大致為，軟件程序通過圖像API （Application Program Interface）將用戶指令傳輸至驅(qū)動(dòng)程序，在驅(qū)動(dòng)程序中檢查指令的合法性后，將指令存放至特定緩沖器（Buffer）中，其中指令主要包括所需調(diào)用的芯片寄存器的實(shí)際地址和所需要配置的值（value）。存放在緩沖器的指令可被GPU所讀取，具體方式為顯示調(diào)用沖刷（flush）指令或是滿足一定時(shí)間條件后，驅(qū)動(dòng)程序?qū)uffer的內(nèi)容傳輸至GPU，緊接著GPU通過主機(jī)接口（Host Interface）讀取命令，并通過前端（Front End）處理命令。

（三）硬件設(shè)計(jì)

在軟件團(tuán)隊(duì)利用GPU軟件模型開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序的同時(shí)，硬件團(tuán)隊(duì)便開始GPU芯片的系統(tǒng)框架、電路邏輯設(shè)計(jì)等，主要采用的是IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers）標(biāo)準(zhǔn)下的VHDL和Verilog HDL兩種硬件描述語言。與高端芯片生產(chǎn)相關(guān)的大型設(shè)計(jì)通常是采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法。設(shè)計(jì)由系統(tǒng)層面開始，將GPU系統(tǒng)分為數(shù)個(gè)主要功能模塊，在每個(gè)功能模塊中進(jìn)一步地按照一定規(guī)則拆分為更為細(xì)化的若干個(gè)子單元，逐層劃分直到最基本的功能單元為止。與自頂向下的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不同的是，用VHDL或是Verilog HDL語言進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)時(shí)往往是自底向上的。首先用語言內(nèi)置的基本邏輯門，如與門、非門和或門，設(shè)計(jì)加法器、乘法器等基本功能元件，并將其封裝成為基本單元模塊，用于描述特定設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)或是功能。模塊的端口定義了包括名字、信號(hào)流向和信號(hào)的位寬等信息。將多個(gè)簡(jiǎn)易功能模塊有機(jī)結(jié)合可得到功能更為豐富的高層模塊，逐層搭建直至完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。自底向上的實(shí)現(xiàn)方法的優(yōu)勢(shì)一方面在于，單個(gè)含有通用的基本功能的模塊設(shè)計(jì)好后，可被其余功能模塊調(diào)用，由此實(shí)現(xiàn)了一次實(shí)現(xiàn)多次使用的高效開發(fā)模式；另一方面在于，將基本功能單元逐層封裝成為大型的功能單元后，在功能測(cè)試或調(diào)試階段出現(xiàn)問題時(shí)，可根據(jù)產(chǎn)生的錯(cuò)誤快速定位至某一功能塊，逐層拆分定位后便可高效分析找到錯(cuò)誤產(chǎn)生的源頭。對(duì)單個(gè)錯(cuò)誤源進(jìn)行修改后能夠?qū)⑵涓轮料到y(tǒng)全局，極大地提高了開發(fā)效率。

利用硬件描述語言設(shè)計(jì)完成GPU后，只是在設(shè)計(jì)層面上規(guī)劃了GPU的布局，需要在某一平臺(tái)或是環(huán)境內(nèi)運(yùn)行才能得到驗(yàn)證，現(xiàn)如今大多公司選用的驗(yàn)證平臺(tái)均為FPGA（Field Programmable Gate Array）。FPGA是一個(gè)由可編程輸入輸出單元、嵌入式RAM（Random Access Memory）和數(shù)字時(shí)鐘管理模塊等組成的一種集成的數(shù)字電路，可由工程師長時(shí)間、多次數(shù)編程、燒錄的邏輯器件，本質(zhì)上同樣可視為一種芯片。FPGA可實(shí)現(xiàn)幾乎無限次數(shù)的編程、燒錄，并可通過編程改變內(nèi)部結(jié)構(gòu)，極快地加載和運(yùn)行不同的設(shè)計(jì)方案，驗(yàn)證芯片的功能和邏輯；FPGA適用于大多數(shù)芯片設(shè)計(jì)的驗(yàn)證，無論是GPU或是VPU，對(duì)其而言都只是電路邏輯的不同；此外還有工作頻率可調(diào)、可定制、可重構(gòu)、高并行等優(yōu)點(diǎn)。將設(shè)計(jì)完成的Verilog程序燒錄至FPGA，便使得FPGA具有了所設(shè)計(jì)的GPU的全部功能特性，如果將GPU軟件模型比作一個(gè)虛擬的數(shù)學(xué)模型，那么燒錄有GPU程序的FPGA板就像一個(gè)體積更大的GPU芯片。在FPGA版上進(jìn)行測(cè)試目的一方面是為了檢測(cè)硬件邏輯設(shè)計(jì)是否合理，進(jìn)行時(shí)序、性能分析等，另一方面將軟件程序燒錄至有Verilog程序的FPGA上運(yùn)行并獲得輸出結(jié)果，將該結(jié)果與軟件程序在GPU軟件模型上的運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，可進(jìn)行穩(wěn)定可靠的交叉測(cè)試，以確保最終生產(chǎn)出的芯片符合預(yù)期要求。測(cè)試內(nèi)容包括功能測(cè)試、精度測(cè)試等，功能測(cè)試即測(cè)試功能實(shí)現(xiàn)是否完整、具體功能是否符合預(yù)期要求等，而精度測(cè)試主要是驗(yàn)證GPU生成的結(jié)果和預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)輸出之間的誤差是否在可接受范圍內(nèi)，通常標(biāo)準(zhǔn)輸出是指通過對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行精確計(jì)算和嚴(yán)密邏輯推理得到準(zhǔn)確結(jié)果。若兩部分測(cè)試結(jié)果一致，則基本可確認(rèn)設(shè)計(jì)合理。至此便完成了芯片設(shè)計(jì)的流程，也即是Fabless公司的主要業(yè)務(wù)，完成設(shè)計(jì)工作后便能夠開始下一步的生產(chǎn)工作。

（四）芯片生產(chǎn)

由Fabless公司完成芯片的軟硬件設(shè)計(jì)后，便可交給芯片代工廠開始芯片生產(chǎn)的下一步驟。芯片生產(chǎn)分為流片（Tape Out）和批量生產(chǎn)兩個(gè)步驟，其中，流片是按照芯片生產(chǎn)的步驟和工藝制造少量芯片用于進(jìn)一步的驗(yàn)證，該步驟介于芯片設(shè)計(jì)和芯片批量生產(chǎn)之間，是芯片制造過程中的最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。

芯片制造的本質(zhì)是將數(shù)量上億的晶體管按照設(shè)計(jì)方案放置到固定體積大小的芯片上。近年來，芯片制造工藝已進(jìn)入了10納米水平，極其精細(xì)的芯片生產(chǎn)操作僅能通過光刻機(jī)完成。具體為，在晶圓上涂抹在光照條件下可被顯影液溶解的光刻膠后，利用光透過掩模版后在晶圓上雕刻出目標(biāo)電路圖形，再利用顯影液在晶圓顯影、曝光，然后溶解光刻的部分；緊接著利用特定的化學(xué)藥品將晶圓上不帶有光刻膠的區(qū)域刻蝕出溝槽，并加入N型或P型物質(zhì)制造電極后，制造出晶體管；然后利用鍍銅技術(shù)通過多層導(dǎo)線將晶圓上的晶體管連接。具體為，使用銅在硅基表面鍍層，然后利用光刻、刻蝕等工藝將該銅層切割成為連接各晶體管的導(dǎo)線，使之成為具有設(shè)計(jì)方案中的電路邏輯。掩模版、晶圓的昂貴造價(jià)、流片步驟的數(shù)量繁多使得流片成本極高。此外，一款芯片往往無法一次流片成功，在流片失敗后，各參與方共同分析現(xiàn)象、查找失敗的原因，并對(duì)芯片做出相應(yīng)的優(yōu)化和改進(jìn)，然后進(jìn)行下一次流片，直至流片成功。因多次流片使得公司資金不足，并最終導(dǎo)致芯片未能批量生產(chǎn)的案例不在少數(shù)。流片后芯片通常需要經(jīng)過晶圓測(cè)試（Chip Probing），封裝測(cè)試（Final test），系統(tǒng)級(jí)測(cè)試三個(gè)測(cè)試流程。其中晶圓測(cè)試是將待測(cè)晶圓放置于探針平臺(tái)上，然后使用測(cè)試程序通過探針卡（probecard）將激勵(lì)信號(hào)批量傳輸至晶圓上進(jìn)行電壓、電流、時(shí)序和功能的驗(yàn)證，以確保晶圓上的每一個(gè)子單元都能滿足基本的器件特征或是設(shè)計(jì)規(guī)格。測(cè)試通常會(huì)在不同的條件下多次進(jìn)行，如在常溫條件下對(duì)基本功能進(jìn)行覆蓋測(cè)試、高溫烘烤條件下進(jìn)行功能的穩(wěn)定性測(cè)試、在客戶所要求或是未來將要的使用環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試等。晶圓測(cè)試的目的是查找晶圓中存在的問題的子單元，并進(jìn)行修補(bǔ)，并通過測(cè)試結(jié)果決定芯片是否進(jìn)行下一步的封裝流程，以節(jié)約成本。封裝測(cè)試是對(duì)封裝完成的芯片進(jìn)行功能測(cè)試，通過晶圓測(cè)試后的芯片會(huì)使用絕緣外殼對(duì)芯片內(nèi)部進(jìn)行封裝以保護(hù)電路，對(duì)外用引腳將芯片接口引出。測(cè)試時(shí)，將芯片插入芯片底座（socket）以接入系統(tǒng)電路，通過測(cè)試系統(tǒng)對(duì)芯片各引腳施加電壓測(cè)試芯片所有的預(yù)期功能。完成封裝測(cè)試后的芯片將交還給芯片設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，測(cè)試人員將芯片安裝至測(cè)試系統(tǒng)中，進(jìn)行全面的功能測(cè)試、精度測(cè)試和性能評(píng)估等，系統(tǒng)級(jí)測(cè)試是芯片交付予客戶前的最后一道保障。測(cè)試完成后，便完成了芯片制造的所有流程，隨后便是批量生產(chǎn)，最后走入市場(chǎng)。

五、結(jié)束語

與世界頂尖的芯片公司相比，在芯片軟件方面我們具有一定的競(jìng)爭(zhēng)力，但在硬件方面還存在較大的差距。我國芯片行業(yè)起步晚，技術(shù)積累不足，在芯片的硬件構(gòu)架設(shè)計(jì)與芯片制造生產(chǎn)兩方面表現(xiàn)得尤為顯著，這導(dǎo)致我國在全球高端芯片的市場(chǎng)中占有率低。若要改變集成電路技術(shù)水平落后的現(xiàn)狀，一方面需要從教育入手，強(qiáng)化對(duì)集成電路、微電子、計(jì)算機(jī)、通信和自動(dòng)化等相關(guān)專業(yè)人才的培養(yǎng)，充分且合理地利用中國近年來的工程師紅利；另一方面國家在高科技領(lǐng)域的規(guī)劃和發(fā)展應(yīng)適當(dāng)向芯片行業(yè)傾斜，加大資金投入和對(duì)公司、人才的扶持力度，尤其是在光刻機(jī)的自主研發(fā)和生產(chǎn)上；此外，應(yīng)建立健全芯片生產(chǎn)體系，完善相關(guān)配套服務(wù)，最終定能夠讓我國芯片產(chǎn)業(yè)走向世界前沿。

作者單位：寧剛玲 東營市無線電監(jiān)測(cè)站

參" 考" 文" 獻(xiàn)

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寧剛玲（1970.06-），男，漢族，山東廣饒，研究生，理學(xué)碩士學(xué)位，東營市無線電監(jiān)測(cè)站站長、高級(jí)工程師，研究方向：無線電監(jiān)測(cè)、非法信號(hào)特征識(shí)別與快速定位。