如何靠写代码，设计一个百亿晶体管芯片？你有没有想过

你有没有想过，如何设计一个有几百亿个晶体管的芯片？
芯片设计是个由小到大的过程。几个晶体管先组成逻辑门，几个逻辑门组成寄存器和组合电路，很多寄存器和组合电路组成运算电路、控制电路、存储电路，很多这些电路组成通信、计算等等模块，这些模块最终组成一个完整的芯片。
几十年前，芯片里所有的模块和电路甚至晶体管都是用手画出来的。但现在一个手机芯片的算力比阿波罗登月的全部算力还高。这说明芯片功能越来越复杂、晶体管数量越来越多，如果再用手画这几十亿上百亿个晶体管，几辈子也画不完。
所以，现在芯片工程师设计芯片的方法，就是写代码。而把代码自动转化成电路和芯片的工具，就是EDA软件。
那么EDA究竟是什么？它为什么是芯片产业至关重要的核心环节？如果你想知道这些问题的答案，就请继续看下去。我把所有知识点总结成了思维导图，获取的方式在文末。
【如何靠写代码，设计一个百亿晶体管芯片？】EDA：重要性堪比光刻机的工业软件
EDA的全称，是电子设计自动化，它是一种工业软件，现在所有芯片公司都在用各种EDA软件辅助完成芯片设计。
更重要的是， EDA有着非常明显的杠杆效应。 EDA本身的市场规模没多大，只有100多亿美元，但它却直接撬动了超过4400亿美元的全球半导体产业。

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我们都说光刻机是整个芯片产业的关键环节，但其实EDA软件是不为人所知的、重要性却不输光刻机的关键领域。
那么EDA究竟是什么呢？为了了解这个问题，就要先从芯片设计的主要流程看起。
苹果、高通、英特尔这样的公司，在设计芯片的时候都遵循非常类似的流程。芯片设计可以分成前端和后端：前端负责芯片的逻辑电路设计，包括系统架构定义、RTL编码、逻辑综合，在这个过程中会进行多次的仿真验证，最终得到门级的网表；后端主要负责芯片的物理设计，包括布局规划、时钟树综合、布线、参数提取等等步骤，最终会得到一个芯片电路的物理版图，提供给晶圆厂制造。
没听过这些名词也没关系，简单来说，前端说的是这个芯片是什么、它有哪些部分，后端说的是这个芯片的各个部分长什么样。
我们拿盖房子打个比方，前端设计就是做出房子的设计图，比如有几个房间，每个房间是餐厅还是卧室。而后端设计就是按设计图画出这个房子的施工图纸，包括建筑施工的时候有哪些步骤，用钢结构还是砖混，怎么做防水，怎么拉网线走水电等等。这样建筑队，也就是晶圆代工厂，就可以拿施工图纸去把芯片造出来了。
EDA工具最大的好处，就是能极大缩短芯片设计的时间，提高设计效率。手动画电路图又慢又容易出错，但用计算机可能几分钟就完成了，还可以随便改随便保存。要知道，时间就是金钱。能够越早让芯片做出来卖，就能越早占据市场先机。
在前端和后端的每个步骤里，都需要用到各种各样的EDA工具。我们拿全球最大的EDA公司Synopsys新思科技举例，看看芯片设计的流程里到底需要多少EDA工具。

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比如我们要做一个非常非常简单的加法电路a+b=c 。那么我们就先用Verilog或者VHDL这些硬件专用语言，把这个加法电路描述出来。为了验证这个加法的功能是不是正确，我们需要用EDA仿真软件，比如新思的VCS和VCformal ，让a=1 ， b=1 ，看c是不是等于2 。如果我们输入1+1但结果等于3 ，那就需要使用“调试软件” ，比如Verdi ，来确认问题出在什么地方。我们还要用到“静态和动态分析软件”SpyGlass ，来诊断和分析电路是否有潜在问题。