IC前端设计工程师

 IC前端设计指逻辑设计，前端主要负责逻辑实现，通常是使用verilog/VHDL之类语言，进行行为级的描述，当然，也会要使用一些仿真软件；IC后端设计指物理设计，主要负责将前端的设计变成真正的schematic&layout，流片，量产；后端设计需要的则会更加多一些了，包括综合，到P＆R，以及最后的STA，这些工具里candence和synopsys都有一整套系统的。打个比喻来说，前端就像是做蓝图的，可以功能性，结构性的东西，而后端则是将蓝图变成真正的高楼。        除了RTL编程和仿真这两个基本要求外，前端设计还可以包括IC系统设计、验证(verification)、综合、STA、逻辑等值验证(equivalence check)。其中IC系统设计最难掌握，它需要多年的IC设计经验和熟悉那个应用领域，就像软件行业的系统架构设计一样，而RTL编程和软件编程相当。适合作为IC设计的入门。还有一些即可以属于前端也可以属于后端的灰色领域，比如DFT(design for test)。

    后端设计简单说是P&R，但是包括的东西不少，像芯片封装和管脚设计，floorplan，电源布线和功率验证，线间干扰的预防和修正，时序收敛，STA，DRC，LVS等，要求掌握和熟悉多种EDA工具以及IC生产厂家的具体要求。

（1） 阅读各种SPEC

最重要的一份spec是architecture spec，就是和你一起合作的架构设计工程师写的设计文档，比如下面这种：

其中需要重点了解的内容是：

features：这个模块需要支持的性能列表。

IO ports：这个模块对外的IO端口。

operation mode：这个模块的主要工作模式。

除了这份详细的设计文档之外，如果这个IP需要用到很多协议，那你自然还要去阅读一些协议文档，比如AMBA总线协议，MIPI协议，DDR协议等；

2. 撰写design spec

公司里面，工程师做事情之前都需要出一份详细的设计实现文档，设计工程师也不例外，你要出的文档叫做design spec，其中主要的内容包括：

设计平台架构：以SoC设计架构为例

IP设计架构：

3. 编写代码，搭建设计环境

design spec完成之后，接下来就要开始编写代码了，使用各种设计语言去搭建设计环境，常用的硬件描述语言有：Verilog， VHDL, SystemVerilog。以现在主流的IP设计平台为例：大概要去编写类似这样的文件：

好的设计平台是检验工程师优秀的一个重要标准，要考虑可重用性，可扩展性。好消息是，公司里面有很多已有的设计环境，你可以模仿，在已有的基础上进行修改就可以了。

4. 创建test cases，进行功能仿真

根据前面完成的详细test plan去创建设计需要用的test cases，每家公司对test cases的命名有一定规则，比如长这样的：

5. debug调试能力

设计和仿真用例都搭建好了，下一步重点就是进行功能仿真和问题调试（debug）了。前面的设计时间其实大概只占20%，debug才是最花时间的。

仿真所用到的工具主要有：

Cadence：IES

Synopsys：VCS

Mentor：QuestaSim

几款工具一个比一个好，当然价格也是一个比一个贵。工欲善其事必先利其器，要想提高你的仿真和debug效率，工具里面好的功能也要好好研究下。

debug的主要目的是寻找RTL的bug，当然前面搭建的验证平台也会存在很多bug，最终的目标就是所有的test cases都能完全仿真通过。

最主要的debug手段有：

查看log文件：仿真结束会生成很多结果文件。

看波形：最常用的工具就是verdi了

每家公司对于设计工程师debug的要求不尽相同，终极目标都是要求设计工程师能找到最终的root cause，共提出最终的解决方案；

6. support 

上面讲到的，属于设计工程师的常规任务差不多就完成了，support属于进阶版的。比如项目用的database出问题了，跑仿真用的flow碰到问题了，经常就会叫设计工程师去support，帮忙解决问题；

support的问题不是强制要求解决的，但是如果你经常能帮同事解决这些问题，那你在公司的地位就能与日俱增，升职加薪就更有筹码了；

所以总结来说，数字IC设计工程师做的最重要的两件事情是：

RTL Coding

Bug Fix

由于芯片设计过程中的关联性，数字前端工程师的一些工作需要和其他工程师配合完成：

数字IC前端设计工程师打交道最多的就是前端验证工程师，一起讨论问题，经常一起debug case，目的就是让写的RTL(Register Transfer Level)代码没有bug。

还需要经常和架构工程师打交道，去了解更多芯片的整体架构和功能属性；如果你也负责后仿gatelevel simulation的话，那还经常需要和后端工程师打交道，因为后仿的网表是他提供给你的。

DFT工程师经常也会来找你，因为他也需要做测试和设计，很多时候他的仿真环境经常就是从你的设计仿真平台移植过去的；FPGA工程师也经常会打交道，因为FPGA设计也是数字设计的一种。

当然，如果你是在一家大公司的话，分工就非常明确，你也就不需要和这么多人打交道了，比如如果你只负责IP level的设计，那基本只要和前端验证工程师打交道就可以了。

现阶段，数字设计的方向很多，主要的有：

l  CPU设计：Intel、AMD、ARM、兆芯、海光、

l  GPU设计：Nvidia、AMD、ARM、Imagination

l  MCU设计：基于ARM Cortex M系列的MCU是主流

l  音视频编解码设计：H.264, H.265

l  接口设计：DDR、HDMI、USB

l  手机芯片：高通、联发科、展讯

l  整机芯片方案：APPLE、华为海思、三星、

l  等等其他专业方向

每个专业设计领域需要你掌握的技能会有一定差别。一个初级工程师想全部掌握这些技能很难，很多时候设计工程师是沿着一个专业方向一直往下做，比如CPU，GPU设计等。

一个真正合格的数字IC设计工程师，需要不断学习更加先进的知识和技术。这边列举了目前数字IC设计工程师的一些技能。

 Verilog： 目前的主流硬件描述语言，是设计工程师必须掌握的核心

学习Verilog的时候，很多时候我们并不是在学习这门语言本身，而是学习其对应的电路特征，以及如何对这个电路进行描述。

VHDL：军工领域用的多

SystemVerilog： 未来的趋势，SV将设计、验证和断言统一在一起

UPF: 电源描述，是低功耗设计的核心技术

Makefile

Perl

Python

Shell

Tcl

设计工程师经常需要流程的自动化，掌握一门得心应手的脚本语言将对你工作效率的提升帮助极大；  

仿真工具：NCVerilog/ VCS/ ModelSim

波形查看工具：SimVision/ DVE/ Verdi

文本编辑器：Vim/ Emacs

“版本管理”工具：SVN/ CVS/ Git

Microsoft Office

在芯片设计的过程中，需要运用一些工具进行辅助和提高工作效率；

Windows

Linux

OS X

对于专业的数字IC前端设计人员而言，工作的方便程度，由方便到困难分别是：Linux > Windows > OS X；

ARM CPU架构

AMBA 总线协议

MIPI协议

DDR协议

PCI-E协议

熟悉一些协议和架构，对数字前端设计工程师是有很大帮助的；

MATLAB

ISE/ Synplify/ Vivado/ Quartus

LEC/Formality

VMM/ UVM

ESL

ZeBu Server

JIRA/ Confluence

C/ Assembly Language

Computer Architecture/ ARM Architecture/ MIPS Architecture

所有的技术类岗位，主要看的两点就是：专业技能（skills）和项目经验（experience）。所以除了上面列的这些技能，你能实际做过一两个项目，哪怕是IP级别的设计项目，也是很重要的，尤其是做项目过程中积攒的debug经验；