le="display: block;">作者:王國裕
一、反向設(shè)計與正向設(shè)計
反向設(shè)計是IC設(shè)計方法的一個專有名詞。集成電路的設(shè)計最終要落實到代表電路結(jié)構(gòu)的幾何圖形(這些圖形的交迭構(gòu)成集成電路的基本單元—主要是晶體管)。通過將圖形轉(zhuǎn)化為各加工工序所需的掩膜,加工廠家即可根據(jù)掩膜大規(guī)模地批量生產(chǎn)芯片。反向設(shè)計是通過拍攝和放大已有芯片照片得到版圖的幾何圖形。由于原有芯片的圖形尺寸極小且是多層重疊的,反向設(shè)計的工作量很大,而其出錯概率也大。以一千門的不規(guī)則版圖為例,反向分析就需一個工程師幾乎一年的時間。隨著電路規(guī)模的增大,這種反向分析的效率成倍地下降,錯誤概率成指數(shù)上升。一個幾萬門電路的反向設(shè)計幾乎是不可能的,而幾十萬門的電路就完全不可能了。
集成電路的正規(guī)設(shè)計方法是正向設(shè)計,即根據(jù)產(chǎn)品確定的指標和要求,從電路原理或系統(tǒng)原理出發(fā),通過查閱相關(guān)規(guī)定和標準,利用已有知識和能力來設(shè)計模塊和電路,最后得到集成電路物理實現(xiàn)所需的幾何圖形。正向設(shè)計產(chǎn)品的性能可以通過仿真進行驗證和預測。重要的是,正向設(shè)計的思維是積極主動的,知識是可以積累的,性能可以不斷提高,產(chǎn)品可以不斷更新?lián)Q代,而反向設(shè)計即使百分之百正確,也只能是一個已經(jīng)定型產(chǎn)品的模仿,在你辛苦進行反向設(shè)計時,別人的第二代第三代產(chǎn)品又已經(jīng)出來了,你的東西又有何競爭力呢？
正向設(shè)計的文件通過目前世界流行的EDA工具的所有檢查后,如果功能正確,無論在哪個工廠加工,都可以成功。而反向設(shè)計做不到這一點。由于各工廠的工藝的差別,同樣的掩膜在不同工廠加工的芯片性能是不能保持一致的,特別是含有模擬模塊或小信號放大的集成電路,以及低電壓集成電路。
二、反向設(shè)計有用嗎？
反向設(shè)計之所以在我國仍很流行,一些反向設(shè)計專家的依據(jù)主要是:
1.先從反向設(shè)計起步積累經(jīng)驗,再轉(zhuǎn)向正向設(shè)計。
2.正向設(shè)計做不了,反向設(shè)計還能有些成功。
3.反向設(shè)計可以借鑒別人的成功經(jīng)驗。
對于第一種觀點,首先從設(shè)計方法本身來說,正向設(shè)計是從系統(tǒng)出發(fā),以HDL語言為主,而反向設(shè)計是著眼于得到幾何圖形參數(shù),顯然做不到把底層的幾何結(jié)構(gòu)與高層的HDL語句相對應。因此反向設(shè)計所積累的經(jīng)驗,對于從系統(tǒng)級著手的正向設(shè)計來說沒什么用處。我們只要看一看很多單位已做了幾十年的反向設(shè)計,但是至今依然離不開反向設(shè)計,就知道從反向設(shè)計轉(zhuǎn)向正向設(shè)計是何等的困難。
對于第二種觀點,我們認為,反向設(shè)計不可能有任何成功。所謂“成功”的一些例子不外乎三類:第一類是簡單的反向設(shè)計,規(guī)模介于幾十到幾百門之間。這種電路規(guī)模太小,在EDA工具出現(xiàn)前,我國就有手工刻紅膜正向設(shè)計幾百門的能力。在當今集成電路已發(fā)展到超大規(guī)模、SOC的時代,這種電路顯然不值一提。第二類是較復雜的反向設(shè)計如CPU、DSP。但據(jù)了解,大多數(shù)都是毫無結(jié)果(這里指標準化、產(chǎn)業(yè)化的IP核和芯片),更不用說產(chǎn)業(yè)化。這種情況其實也是可以預料的。對于復雜的系統(tǒng),反向設(shè)計不可能預見芯片的全貌,即使版圖翻版得完全一樣,還有芯片結(jié)構(gòu)的縱向因素、生產(chǎn)的工藝因素,以及原設(shè)計的局限和瓶頸等等。反向設(shè)計是不可能達到對所有因素都完全理解的。第三類是反向設(shè)計與正向設(shè)計的結(jié)合。即設(shè)計前通過查閱相關(guān)產(chǎn)品的資料和使用說明,對一個芯片的功能、外部信號及其應用有一個比較透徹的了解,再通過對該芯片進行解剖分析,理解整個芯片電路(當然復雜程度不能太高),最后用EDA工具進行仿真、設(shè)計。我們認為這樣的成功也不是對反向設(shè)計的肯定。現(xiàn)在國內(nèi)已有很多單位采用這種方法設(shè)計出IC卡芯片。但其成功的原因并不在于其反向設(shè)計的工作,而在于其正向設(shè)計的相關(guān)工作。IC卡芯片相對比較簡單,如果完全正向設(shè)計也容易,而且會更快、更好,還可以不斷更新?lián)Q代。現(xiàn)在的情況是,當這些單位還在費盡心思解剖芯片時,別人的新產(chǎn)品如智能IC卡芯片已經(jīng)出來了,他們永遠都是落在別人后面。如果把他們投入的人力、財力和時間與最后產(chǎn)品的競爭力結(jié)合起來考慮,就不能說是成功了。
關(guān)于第三種反向設(shè)計借鑒的觀點,需要說明的是,正向設(shè)計并不排斥借鑒和交流,而是積極有效的借鑒和交流。比如,可以通過書籍、會議、上網(wǎng)、查找專利、查找協(xié)議等各種途徑獲取最新資料,亦可從市場反饋、用戶反饋等各種途徑獲取信息,并可以及時更新自己的設(shè)計。正向設(shè)計中的IP調(diào)用就是一種積極主動的借鑒和交流的手段。而反向設(shè)計的借鑒是形似,根本不可能達到神似。
三、應當禁止反向設(shè)計
事實上,反向設(shè)計不但沒有任何用處反而危害極大,它已不僅僅是一個設(shè)計方法的問題,更是影響到我國微電子產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略決策和發(fā)展的重大問題。今天國內(nèi)眾多高校和科研院所普遍都采用反向設(shè)計的課題培養(yǎng)研究生；一些重點工程項目仍舊沿用反向設(shè)計的方法；許多學術(shù)帶頭人也是只有反向設(shè)計的經(jīng)驗。這些專家也能影響到我國微電子產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略方針政策的制定,因而更有問題。
同時,目前越來越多的年輕工作者都正在或?qū)⒁獜氖路聪蛟O(shè)計。而對青年人來說,學習正向設(shè)計要比學習反向設(shè)計更容易,更有趣,更有發(fā)展。反向設(shè)計實際上束縛了創(chuàng)新的欲望和思維。
反向設(shè)計對國內(nèi)集成電路的發(fā)展所帶來的后果已經(jīng)極其嚴重,發(fā)展下去,我們只能跟在發(fā)達國家的身后爬行。反向設(shè)計對于微電子產(chǎn)業(yè)正如興奮劑對于體育界一樣。
國家有關(guān)部門應當旗幟鮮明地對反向設(shè)計說“不”,同時大力提倡正向設(shè)計,并采取得力的措施。比如重大工程項目禁止采用反向設(shè)計；科技成果評審嚴禁反向設(shè)計作品等等。只有這樣,中國微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展才能與國際接軌,才能有騰飛之日。
就目前的認識水平而言,全面禁止采用反向設(shè)計可能難以為許多同行所接受。但我們希望看到我國微電子產(chǎn)業(yè)的騰飛,為了這一共同的目標,希望同行能冷靜思考這一問題。
本文所述雖然是集成電路設(shè)計方法之爭,但可推而廣之到整個科技教育界。比如長期以來流傳的“引進,消化,提高”的口號,在改革開放前無疑是正確的,但是在我國全面對外開放的今天,此口號似乎有一種不鼓勵創(chuàng)新的消極含義。又如,相當多的人認為我國的研究水平很高,只是科研成果沒有產(chǎn)業(yè)化。而我們認為在很多高新技術(shù)領(lǐng)域的水平并不高,一些科研成果的水平本身也不具備產(chǎn)業(yè)化的條件。事實上一些科研成果的出發(fā)點更多的是在于經(jīng)費申請和鑒定評獎,這也反映出我國特有的科研經(jīng)費申請制度、職稱評定制度、鑒定評獎制度所存在的不合理成份。
