某些 CPU 是在标准单元中实现的,而其他 CPU 是定制的吗?

电器工程 手臂 中央处理器 半导体
2022-01-22 19:42:48

进一步解释这个问题,我看到一些芯片图片正在实现 Cortex-M0、蓝牙 LE等,具体取决于芯片功能,并且看起来像这样(nRF51822):

nRF51822

在较旧的 CPU 上,我看不到很多数字“模糊”逻辑实现,例如(AMD386):

AMD386

谷歌搜索了一下,今天的 ARM 实现似乎是用标准单元(在裸片上创建无定形形状)制成的。所以我可以说第一张图片上的“模糊”实现是 Cortex 本身。

我知道所有常规形状可能都是记忆,所有“手绘”部分都是模拟的。所以我想知道,过去是模拟设计师在定义架构的数字人的指导下实现数字部分吗?

我错过了什么?

2个回答

不,模拟 IC 设计人员并不是在数字架构师的指导下创建微处理器。更正确的说法是数字集成电路设计人员需要对晶体管的实际行为有相当多的了解。

选择使用标准单元还是手绘电路来制作数字 IC 的特定部分只是经济问题。对于像存储器(缓存、微码 ROM、寄存器文件)这样的密集、高度重复的结构,花时间手工制作将平铺在一起的几个基本单元是有意义的……结果比制造的等效电路更小、更快从标准细胞。

状态机和小型计数器等“随机逻辑”块是使用标准单元和 CAD 工具创建的。为这些块创建手工布局将花费大量时间并且几乎没有带来什么好处。相反,人们努力改进 CAD 工具和单元库。

您在第一张显微照片中看到的“模糊”外观确实是自动布局布线算法使用标准单元库综合设计的结果。

较旧的部件,如第二张图片中的 AMD386,早于这些算法的存在。整个设计都是手工精心布置和布线,使其外观更加有序。(另一方面,由于 386 需要大面积的互连,因此缺少产生布局的单一工艺——PAR 算法可能会产生更有效的布局。)

请注意,这并不意味着 AMD386 有任何类似之处。这是一个完全数字化的部分!现代芯片设计中的模拟组件通常看起来更“有序”,因为它们包含物理上较大的部件,必须与其他逻辑隔开,例如 nRF51822 右下方的圆形电感器。