IP核

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65页PPT,彻底看懂数字芯片设计!
芯世相· 2025-08-15 17:54
芯片设计基本概念 - 芯片设计是将电子系统转化为物理集成电路的复杂过程,涉及多阶段协作与严格验证,整体过程非常复杂且存在一定风险[11] - 芯片设计根据对象可分为数字芯片设计和模拟芯片设计,本PPT主要介绍数字芯片设计[11] - 芯片设计层级包括系统层、寄存器传输层(RTL)、门级层、晶体管层、布局布线层和掩模层,其中RTL层是寄存器传输层,门级层由晶体管搭建,掩模层是最底层[11][12] - 芯片设计最终产物是掩模(光掩模版),用于光刻机完成最重要的光刻步骤[17] - 早期芯片设计采用自底向上(Bottom-Up)思路,工程师直接绘制物理版图;目前主流是自顶向下(Top-Down)思路,先宏观再微观[18][24] - 芯片设计分为四个阶段:规格定义、系统设计、前端设计(逻辑设计)和后端设计(物理设计)[25] - 前端设计关注功能正确性和逻辑优化,输出门级网表和验证报告;后端设计关注物理实现和工艺约束,输出GDSII版图和物理验证报告[28][29] - EDA(电子设计自动化)工具贯穿芯片整个研发和生产周期,能显著提高设计效率、精度和成功率[33] - 全球EDA行业第一梯队是Synopsys、Cadence和Siemens EDA,市场份额超过70%;国内企业如华大九天市场份额较小[38] - 2020至2024年全球芯片设计市场复合增长率9.8%,2024年市场规模突破4800亿美元;中国市场占比从19%提升至28%[39] - 芯片设计难度取决于芯片种类、功能和性能,高端数字芯片(如CPU、GPU)需数百至数千人团队,耗费上亿甚至上百亿美元资金;简单芯片设计周期1-1.5年,资金耗费百万至千万级[40] - IP核是预先定义、经过验证且可重复使用的模块化功能单元,分为硬核(版图形式)、固核(网表形式)和软核(HDL语言形式)[42][43] 规格设计 - 规格设计是芯片设计第一步,团队与客户沟通确定芯片功能、环境、算力、成本、功耗、接口和安全等级等需求[47] - 需求转化为芯片基本参数,最终以Spec(芯片规格说明书)文件记录[47] 系统设计 - 架构工程师根据规格Spec设计具体实现方案,包括芯片架构、业务模块、供电、接口、时序、性能指标、面积和功率约束等[48] - 复杂芯片可能采用多核架构或异构集成架构,架构师需优化功能模块连接方式、数据通路和创新计算模式[48] - 架构师决定哪些功能用软件实现、哪些用硬件实现,以及哪些部分采购IP核或自主开发[48] 前端设计(逻辑设计) - 前端设计将功能需求转化为可实现的电路逻辑,确保功能正确性,不考虑物理实现细节[29] - 主要步骤包括HDL编码、仿真验证、逻辑综合、静态时序分析(STA)和形式验证[51][66] - HDL编码使用Verilog或VHDL语言进行RTL级别代码描述,Verilog代码常被称为RTL代码[52][56] - 仿真验证(前仿真)在理想状态下进行,通过输入激励检测输出波形是否符合预期,工具包括VCS、Qustasim和Verdi[57] - 逻辑综合将RTL代码翻译成门级网表,包括翻译、优化和映射三个步骤[57] - 静态时序分析(STA)验证时序特性,检查建立时间和保持时间违例,确定芯片最高工作频率和时序约束满足情况[62] - 形式验证通过数学手段验证逻辑综合后网表的功能等效性,包括等效性检查和覆盖率评估[68] - 前端设计输出门级网表和验证报告,关键工具包括HDL仿真器和逻辑综合工具[28][66] 后端设计(物理设计) - 后端设计将前端网表转化为物理版图,专注于物理实现,考虑制造工艺约束、信号完整性和功耗管理[29][72] - 主要步骤包括可测性设计(DFT)、物理布局、寄生参数提取、信号完整性分析、静态时序分析(STA)、形式验证、后仿真、物理验证、功耗分析和工程变更(ECO)[71][87][88][90][91][95][96] - 可测性设计(DFT)插入扫描链、内建自测试(BIST)等架构,提升电路内部信号控制与观测能力[76] - 物理布局包括布局规划、布局、时钟树综合(CTS)和布线,需平衡空间利用率、总线长度和时序[77][83][84][85] - 布局规划需结合晶圆厂PDK(工艺设计套件)资料,安排宏单元模块、核心区域和电源网络[78] - 时钟树综合(CTS)构建时钟网络,使时钟延迟差异最小,偏差控制在时钟周期10%以内[84] - 布线需满足工艺规则和电性能约束,连接各单元和I/O pad[85] - 寄生参数提取和信号完整性分析解决导线电阻、互感和耦合电容引发的噪声、串扰和反射问题[89] - 后仿真(时序仿真)验证真实工艺条件下的时序、功耗和信号完整性,关注建立时间、保持时间和物理效应[93] - 物理验证包括LVS(版图对原理图)、DRC(设计规则)和ERC(电气规则)检查,确保版图正确性和一致性[97] - 功耗分析确保PPA(性能、功耗、面积)平衡,分析IR drop和电迁移,工具包括Redhawk、Voltus和Ptpx[98] - 工程变更(ECO)局部修改单元位置或布线,解决STA或后仿真发现的违例问题[99] - 签核(Sign-off)是流片前最后一道关卡,包括物理验证、STA、功耗和可靠性分析,需所有检查通过[104] - 后端设计输出GDSII版图和物理验证报告,关键工具包括布局布线工具和物理验证工具[28][103] 流片(Tape-out) - 流片名称源于历史上设计数据写入磁带传给工厂,现指物理版图以GDSII文件格式交给晶圆厂试生产[108] - GDSII文件包含层次结构、几何信息、特殊功能区域和材料属性信息[109] - 光刻掩模版制造过程包括无掩模光刻机曝光、显影定影、铬层刻蚀和清洗,形成透光和不透光区域[110] - 流片成功后进行批量生产,失败则评估降级使用或重来[115]
半导体行业观察:EDA断供倒逼国产替代;华大九天、概伦电子并购提速
金融界· 2025-06-04 14:42
美国对华半导体技术封锁升级 - 美国商务部工业与安全局(BIS)对全球EDA三大巨头新思科技(Synopsys)、楷登电子(Cadence)和西门子EDA(SiemensEDA)下达出口限制函,要求暂停对华供应先进EDA工具 [2] - EDA断供直接影响芯片设计、制造、封测全流程,尤其对数字芯片设计、先进制程研发等环节冲击显著 [2] - 全球约90%的EDA库文件资源由上述三家企业掌控,中国芯片设计企业在调用成熟IP库时面临掣肘 [2] 国产EDA企业市场机遇 - 国产EDA企业客户咨询量和订单量激增,华大九天明确表示其工具链为自主研发,不受外部限制影响 [2] - 华大九天2024年营收达12.2亿元,同比增长20.98%,市场份额稳居本土企业首位 [2] - 概伦电子强调其产品性能已部分超越国际竞品,用户切换使用门槛逐步降低 [2] - 景嘉微等芯片设计企业已部分采用国产EDA工具,验证了本土技术的基础替代能力 [2] 国产EDA技术进展与挑战 - 国产EDA在模拟电路、存储设计等领域取得进展,但高阶数字芯片设计、系统级验证等环节仍依赖国际工具 [3] - EDA工具研发需长期产业协同,单点工具的创新难以支撑全流程需求 [3] - 华大九天通过并购芯和半导体补强射频设计能力,概伦电子收购锐成芯微完善IP核布局,但整体技术代差仍需时间弥合 [3] 国产EDA并购整合与生态构建 - 华大九天2024年先后收购芯达科技、阿卡思和芯和半导体,构建覆盖模拟、数字、封装设计的全流程平台 [4] - 概伦电子通过六项并购整合器件建模、板级设计等能力,形成"设计制造一体化"解决方案 [4] - 深圳、上海等地设立EDA产业基金,推动国产工具市场化应用 [4] - 广立微通过设立新加坡和深圳子公司深化全球化布局,并投资设立半导体产业链基金 [4] - 国内EDA市场规模有望从2023年的120亿元增至2026年的445.6亿元 [4] 产业链协同与长期发展 - 华大九天已服务近700家客户,覆盖模拟电路、存储设计等场景 [5] - 概伦电子与三星、SK海力士等国际客户建立合作,验证其全球化服务能力 [5] - 用户规模扩大将加速工具优化,本土EDA有望在细分领域形成差异化竞争力 [5] - 技术自主与生态协同将成为破局核心 [5]
电子行业周度点评报告:美国对华半导体技术封锁升级,EDA与IP核断供冲击中国芯片产业
金元证券· 2025-06-03 18:23
报告行业投资评级 - 增持(维持)[2] 报告的核心观点 - 美国通过ECCN分类体系实施全链条精准打击,形成覆盖芯片设计、制造、验证的多维度技术封锁网络,杀伤力远超单点制裁,中国半导体需在5年技术代差的极限压力下完成生态重构 [8][9] - 制裁引发研发效能塌陷、人才体系崩解、技术生态孤立等问题,如IP断供增加替代成本、工具链断裂,高校教学瘫痪、产业人才流失,协议层脱钩、制造协同失效等 [10][11][12] - 美国通过“军事最终用户”规则泛化和制裁渗透至架构层,将中国半导体视为系统性竞争对手,建议关注国产EDA企业华大九天、概论电子、广立微 [13][14] 行业跟踪 全行业表现 - 本周(2025.05.26 - 2025.05.30)上证指数下跌 -0.03%,深证成指下跌 -0.91%,沪深300指数下跌 -1.08%,申万电子版块下跌 -0.59%,电子行业在全行业中涨跌幅排名为22/31 [16] - 板块个股涨幅前五为远望谷、商络电子、天津普林、*ST波导、胜宏科技;跌幅前五为太龙股份、福立旺、茂莱光学、利安科技、富乐德 [16] 电子行业表现 - 本周国内电子行业涨跌不一,元件板块回升,光学光电子、半导体和消费电子板块下降 [20] - 元件板块上涨2.21%,印刷电路板涨幅2.69%,被动元件上涨0.93%;电子化学品板块微涨0.57% [20] - 光学光电子板块跌幅 -1.27%,光学元件下跌2.99%,LED和面板分别下跌1.06%和0.65% [20] - 半导体板块整体下跌1%,数字芯片设计、集成电路封测和半导体设备分别下跌1.66%、1.14%和1.30%,分立器件微跌0.36%,模拟芯片设计和半导体材料分别上涨0.37%和0.13% [20] - 消费电子板块下跌1%,品牌消费电子下跌1.84%,消费电子零部件及组装子板块下跌0.88% [20] 行业新闻 - 美国拟限制EDA软件出口,国产EDA企业股价集体大涨,美股EDA企业股价普遍下跌,新思科技当日跌幅达9.6%,Cadence下跌10.7% [29] - 海光信息筹划重大资产重组,股票自5月26日起停牌 [30] - 海能达在专网芯片设计和性能方面取得新进展,展出初代芯片样片 [31] - 英伟达计划面向中国推出低价版Blackwell架构AI芯片,定价约6500 - 8000美元,最快6月量产 [32] - 具身科技完成天使轮融资并推进情感交互人形机器人研发,计划年底推出情感机器人“爱湫EMO1” [33] - 铁威马推出国产化备份服务器并搭载海光24核处理器,具备高性能与节能兼顾特性 [35] - 佰维发布X570固态硬盘并采用DRAM - less结构设计,提供多种容量选择 [36] - 李未可科技发布三款智能眼镜新品,主打“常时陪伴”与AI交互 [37] - 京东科技取得补货方法、装置及电子设备专利,增强智能物流领域技术优势 [38] - 朗科台北展出NV150HKSSD,顺序读取速度最高可达14000MB/s,还展示支持磁吸功能的移动固态硬盘ZX20II [39] - 禾赛科技2025年第一季度营收增长46.3%,交付量同比翻三倍,预计全年营收同比增长44% - 69% [42] - 砺算科技首颗自研架构GPU芯片已成功点亮,具备高算力、大显存等特点 [43] - 中国算力平台山东正式上线,整合全省20EFLOPS算力资源 [44] - 博通推出第三代CPO共封装光学高速互联,带宽翻倍到200G/lane,预告第四代将达400G/lane [45][50] - CoreWeave发布2025年Q1财报,营收同比大增420%,预计全年营收49 - 51亿美元 [46] - 三星首款Android XR头显现身跑分平台,搭载骁龙XR2 + Gen 2芯片 [47] - 京东方第6代半导体显示生产线在京量产,设计月产能达5万片 [48] - 台积电宣布在德国慕尼黑设立欧洲芯片设计中心,服务汽车与AI等领域 [49] - 中欧召开半导体企业座谈会,推动供应链合作与稳定 [51] - 日本拟补贴企业采购美芯片,采购总额或达1万亿日元,推动美日贸易谈判与半导体合作 [52] - 2025年Q1全球半导体行业季节性疲软,IC销售同比增长23%,资本支出同比增长27% [53] - 全国最大碳化硅晶圆厂在武汉投产,年产能达36万片,首款芯片良率达97% [55] - 2024年中国半导体设备支出增长35%,位居全球首位 [56] - 英伟达Q1营收441亿美元超预期,预计Q2因H20芯片限售减少80亿美元收入 [57] - 小米自研5G基带取得进展,玄戒T1已实现4G基带集成 [58] - AI技术助力香港智慧养老发展,展示多种养老科技产品 [59][60] 公司公告 - 莱特光电2024年年度权益分派,每10股派现金红利1.30元,拟发放现金红利总额52162145.36元 [61] - 普冉股份2024年年度权益分派,每10股派现金红利4.3元并转增4股,合计派发现金红利45292147.25元,转增股份42132230股 [62] - 海光信息筹划重大资产重组,股票自5月26日起停牌,拟吸收合并中科曙光 [63] - 佰维存储部分董事及高管拟减持不超过0.0184%股份,缓解认购限制性股票资金压力 [64] - 福立旺2024年年度权益分派,每股派现金红利0.10元,合计派发红利25926883.60元 [65] - 世运电路2024年年度权益分派,每股派现金红利0.60元,合计派发现金红利432328120.20元 [66] - 金海通2024年年度权益分派,每10股派现金红利1.70元,合计现金分红总额9905089.10元 [67] - 生益电子2024年年度权益分派,每10股派现金红利2.50元,合计拟派发现金红利20407.5605万元 [68] - 歌尔股份2024年年度权益分派,每10股派1.50元现金 [69] - 联得装备2024年年度权益分派,每10股派2.00元现金 [70] - 晶瑞电材2024年年度权益分派,每10股派0.45元现金 [71] - 泰晶科技调整2024年年度利润分配每股比例,每股派现金红利由0.08元调整为0.08002元 [73] - 协创数据拟采购不超过40亿元服务器设备拓展算力租赁服务,需股东大会审议 [76] - 力合微2024年年度权益分派,每10股派现金红利3元并转增2股,预计发放现金红利约3622.64万元,转增股份2415.09万股 [77] - 华勤技术2024年年度权益分派,每10股派现金红利9元,预计现金红利总额9.12亿元 [78] - 精研科技2024年年度权益分派,每10股派现金红利1.10元,合计派发约2046.84万元 [80] - 远望谷2024年年度权益分派,每10股派现金红利0.15元,共计派发约1109.64万元 [81] - 五方光电2024年年度权益分派,每10股派现金红利2.00元,共计分红约5773.31万元 [82] - 传音控股2024年年度权益分派,每股派现金红利1.5元,合计现金红利17.11亿元 [83] - 中电港2024年度权益分派,每10股派现金红利1.12元,合计派发约8510.88万元 [84] - 欧菲光2024年股票期权激励计划第一个行权期可行权,938名激励对象可行权2951.68万份股票期权 [86] - 和林微纳2024年年度权益分派,每股派现金红利0.08元,共计派发9346.943.12元,同时每股转增0.3股,总股本将增至151887826股 [87] - 万润股份2024年度分红派息,每10股派现金红利1.00元,共计派发92996900.50元 [88] - 环旭电子2024年年度权益分派,每股派现金红利0.23元,总派发现金红利约5.04亿元,相关转股价格和行权价格调整 [89] - 瑞芯微2022年股权激励计划部分限制性股票解除限售,3人可解除限售2.10万股 [90] 下周投资提示 重要会议 - 2025第十四届北京国际汽车制造博览会暨北京国际汽车零部件博览会6.4 - 6.6在北京市举办,主办单位为北京亚太瑞斯会展服务有限公司 [92] - 2025中国山东海上新能源产业展览会暨发展论坛6.3 - 6.5在烟台市举办,主办单位为中国机械工业联合会等 [92] - 2025第十八届深圳国际激光与智能装备、光子技术博览会6.4 - 6.6在深圳市举办,主办单位为广东省激光行业协会等 [92] - 沃尔核材、三环集团、沪硅产业、杰华特、龙讯股份、凯德石英将召开股东大会 [92] 限售股解禁情况 - 联动科技、恒烁股份、新相微等多家公司下周有限售股解禁,涉及股权激励限售股份、首发战略配售股份等多种类型 [93][95]
电子行业周度点评报告:美国对华半导体技术封锁升级,EDA与IP核断供冲击中国芯片产业-20250603
金元证券· 2025-06-03 18:08
报告行业投资评级 - 增持(维持)[2] 报告的核心观点 - 美国通过ECCN分类体系实施全链条精准打击,形成覆盖芯片设计、制造、验证的多维度技术封锁网络,2025年5月29日,美国要求相关EDA企业对中国“军事最终用户”出口相关EDA软件及技术实施许可证管制,这三家企业占据中国约80%市场份额[8] - 制裁带来研发效能塌陷、人才体系崩解、技术生态孤立等问题,如IP断供使替代成本剧增、工具链断裂,高校教学瘫痪、产业人才流失,协议层脱钩、制造协同失效等[10][11][12] - 美国制裁通过“军事最终用户”规则泛化,将管控范围延伸至半导体供应链上游,形成“连坐式”技术封锁,且从工具层渗透至架构层,建议关注国产EDA企业华大九天、概论电子、广立微[14] 根据相关目录分别进行总结 行业跟踪 - 全行业:本周(2025.05.26 - 2025.05.30)上证指数下跌 - 0.03%,深证成指下跌 - 0.91%,沪深300指数下跌 - 1.08%,申万电子版块下跌 - 0.59%,电子行业在全行业中涨跌幅排名为22/31;板块个股涨幅前五为远望谷、商络电子、天津普林、*ST波导、胜宏科技,跌幅前五为太龙股份、福立旺、茂莱光学、利安科技、富乐德[16] - 电子行业:本周国内电子行业涨跌不一,元件板块回升,光学光电子、半导体以及消费电子板块下降;元件板块上涨2.21%,印刷电路板涨幅2.69%,被动元件上涨0.93%;电子化学品板块微涨0.57%;光学光电子板块跌幅 - 1.27%,光学元件下跌2.99%,LED和面板分别下跌1.06%和0.65%;半导体板块整体下跌1%,数字芯片设计、集成电路封测以及半导体设备分别下跌1.66%、1.14%以及1.30%,分立器件微跌0.36%,模拟芯片设计以及半导体材料分别上涨0.37%和0.13%;消费电子板块下跌1%,品牌消费电子下跌1.84%,消费电子零部件及组装子板块下跌0.88%[20] 行业新闻 - 美国拟限制EDA软件出口,国产EDA企业股价集体大涨,美股EDA企业股价普遍下跌,行业分析指出国产EDA已实现部分领域全流程覆盖,市场份额有望提升[29] - 海光信息筹划重大资产重组,股票自5月26日起停牌[30] - 海能达在专网芯片设计和性能方面取得新进展,展出初代芯片样片[31] - 英伟达计划面向中国推出低价版Blackwell架构AI芯片,最快2025年6月量产[32] - 具身科技完成天使轮融资并推进情感交互人形机器人研发,计划2025年底推出情感机器人[33] - 铁威马推出国产化备份服务器并搭载海光24核处理器,推动信息基础设施自主可控化[35] - 佰维发布X570固态硬盘并采用DRAM - less结构设计,具备多种特性和高性能[36] - 李未可科技发布三款智能眼镜新品,具备不同功能和价格[37] - 京东科技取得补货方法、装置及电子设备专利,增强智能物流技术优势[38] - 朗科台北展出NV150HKSSD及支持磁吸功能的移动固态硬盘,适用于高性能应用场景[39] - 禾赛科技2025年第一季度营收增长46.3%交付量同比翻三倍,预计全年营收增长44% - 69%[42] - 砺算科技首颗自研架构GPU芯片已成功点亮,具备多种特性和软件技术支持[43] - 中国算力平台山东正式上线整合全省20EFLOPS算力资源,具备多项功能[44] - 博通推出第三代CPO共封装光学高速互联,带宽提升至200G/lane,预告第四代达400G/lane[50] - 中欧召开半导体企业座谈会,推动供应链合作与稳定[51] - 日本拟补贴企业采购美芯片,推动美日贸易谈判与半导体合作[52] - 2025年Q1全球半导体行业季节性疲软,IC销售与资本支出同比增长显著,非AI领域面临不确定性[53][54] - 全国最大碳化硅晶圆厂在武汉投产,年产能达36万片,有望缓解新能源汽车芯片依赖进口局面[55] - 2024年中国半导体设备支出增长35%,位居全球首位[56] - 英伟达Q1营收441亿美元超预期,H20芯片限售或影响Q2业绩[57] - 小米自研5G基带取得进展,玄戒T1已实现4G基带集成[58] - AI技术助力香港智慧养老发展,展会上展示多种养老科技产品[59][60] 公司公告 - 多家公司发布2024年年度权益分派实施公告,包括莱特光电、普冉股份、福立旺等[61][62][65] - 海光信息筹划重大资产重组,股票自5月26日起停牌,重组事项尚需履行相关程序[63] - 佰维存储部分董事及高管拟合计减持不超过0.0184%股份,用于缓解认购限制性股票的资金压力[64] - 泰晶科技调整2024年年度利润分配每股比例,因回购股份数量变化[72][73] - 欧菲光2024年第一期股票期权激励计划第一个行权期行权条件已成就,938名激励对象可行权[85][86] - 瑞芯微2022年第二期股票期权与限制性股票激励计划首次授予的限制性股票第二个限售期解除限售条件已成就,3人可解除限售2.10万股[90] 下周投资提示 - 下周重要会议包括2025第十四届北京国际汽车制造博览会等行业会议,以及沃尔核材等公司的股东大会[92] - 电子行业多家公司有限售股解禁,如联动科技、恒烁股份等,解禁股份类型包括股权激励限售股份、首发战略配售股份等[93][95]