（精密仪器及机械专业论文）集成电路工程学及IP评测技术的研究(精密仪器及机械专业优秀论文).pdf

摘要 摘要 集成电路是现代电子信息技术的核心和基础，它关系到国家的经济安全和国防安全。随 着半导体工艺的飞速发展，基于i p 重用的s o c 设计技术正逐渐成为集成电路设计业的主流 技术。但是，与其他产业一样，这种新兴的技术必须在完善的工程学理论和方法的指导下， 才能科学地发展。由于工程学是一门博大精深的学科，本文只重点研究了基于重用的集成电 路工程学的体系和过程，并在该框架内着重研究了i p 质量和质量评测方法。 本文基于以下科研项目撰写：国家8 6 3 计划项目“超大规模集成电路i p 核接口及相关设 计技术”( 项目编号：8 6 3 s o c y 3 1 ) ；国家8 6 3 计划项目“高性能c p u 和s o c 关键设计技 术及开发环境研究一一集成电路i p 核评测技术”( 项目编号：2 0 0 2 a a l z l7 3 3 ) ，以及科技部 重要标准研究专项“集成电路i p 核技术标准研究”( 项目编号：2 0 0 2 b a 9 0 6 a 0 7 ) 。论文的主 要工作和取得的成果如下： 1 论文充分借鉴于成熟的软件工程学，首次提出了集成电路工程学概念。同时，在对基 于i p 重用和基于平台的s o c 设计方法学研究基础上，对基于重用的集成电路设计过程进行 了建模，提出了p e d 模型。集成电路工程概念的提出为设计领域内原本无序的活动的科学化 和理论化提供了一个框架。 2 在集成电路工程学框架内，论文对i p 的质量保证和质量评测技术进行了深入的研究， 提出了i p 质量的定义，并使用数学方法对i p 质量进行了建模，以描述缺陷的产生、演变和 消亡的过程和内在规律。该模型为定量地分析、控制和改善工程生产过程，从而达到提高产 品质量的目的提供了理论依据。 在集成电路设计领域内，首次提出了层次化的i p 质量评测模型，并据此建立了i p 质量 评测标准的框架和基本思路。该评测模型可以作为国家“集成电路i p 标准工作组”制定i p 质量评测标准的参考和依据。 提出了使用脚本语言构建i p 质量自动评估平台的方法，并通过实际工业项目验证了平台 的实用性和有效性。 3 定义了i p 可重用性的概念，对现有i p 的重用类型进行了分类，并在此基础上提出了 可重用性评测技术分类法和i p 黑盒度量方法。这些定义、分类法和度量法为筹建国家i p 评 测中心提供了理论依据。 提出了若干实用的i p 软核可重用性间接度量方法，并在工业案例中作了定性和定量的验 证。理论和验证结果都显示在所选取的度量指标和可重用性之间存在着较高程度的关联。在 对现有i p 评估方法研究的基础上，提出了改进的i p 软核可重用性评估方法。改进后的方法 较之现有方法在评分方法和结果数据分析等方面有了较大的改善。 这部分研究内容为实施信息产业部“集成电路i p 开发服务平台”( 国家i p 库) 等国家级 重大项目提供了理论依据。 4 作为理论的验证，论文讨论了符合p v c i 标准的外设总线与c + c o r e 系统总线之间桥 电路的设计方法。使用l o c 作为度量指标定量地测量了总线桥i p 参数化设计结果和非参数 化设计结果的可重用性，并进而研究了第四章中提出的间接度量指标对1 p 可重用性带来的影 响。 论文提出了基于p v c i 标准的i p 封装电路的合成算法，为集成具有不同引脚结构、数据 宽度和通讯协议的i p ，并保持相互之间正确通讯提供了有效途径。该算法已经应用于包括影 i i合肥工业大学博士学位论文 像接口l p 封装在内的多个工业设计中，为理论的工业应用提供了范例。 5 作为理论的验证，论文讨论了可重用功能验证平台中总线功能模型的设计方法。研究 了基于任务和基于状态机两种实现方式在可重用性、可维护性方面的区别，并通过实验定量 地比较了两者在模拟性能上的差异。 论文讨论了可重川验证平台中监视器的设计，提出了总线时序约束检验功能的设计方法， 以及监视器的可重用性设计规则，为科学地设计平台监视器提供了一个范例。 论文建立的集成电路工程学概念和框架，以及基于重用的集成电路工程学体系和i p 质量 及其评测方法是在8 6 3 等三项国家项目的执行过程中提升出的理论，并正在国家i p 库建设、 国家集成电路i p 标准工作组等多个项目中推广应用。作者领导的研究组将继续在集成电路工 程学方向上开展工作，为早日实现集成电路工程的科学化管理而努力。 关键字：i p ，集成电路工程学，质量，标准，可重用性，评测，片上总线，事务验证模型 摘要l i t a b s t r a c t i n t e g r a t e dc i r c u i t ，w h i c hp l a y s a k e yr o l e i nt h em o d e r ne l e c t r o n i ca n di n f o r m a t i o n t e c h n o l o g ) , , h a s a d e e p i n f l u e n c eo nt h en a t i o n a la n de c o n o m i cs e c u r i t y w i t ht h e r a p i d d e v e l o p m e n to fs e m i c o n d u c t o rp r o c e s st e c h n o l o g y , t h er e u s e b a s e ds o cd e s i g nm e t h o d o l o g yh a s b e c o m ea p r e d o m i n a n tp a r a d i g m i nt h ei c d e s i g ni n d u s t r yt o d a y h o w e v e r ，j u s t l i k eo t h e r i n d u s t r i e s ，s u c hn e wt e c h n o l o g yc o u l dn o tg e tas c i e n t i f i ce v o l u t i o nu n l e s si t i sd i r e c t e db ya n e n g i n e e r i n g s c i e n c e 。t h ee n g i n e e r i n gs c i e n c ef o ri ch a sb e e np r o p o s e di nt h i sd i s s e r t a t i o n t o p i c s i nt h ed i s s e r t a t i o no n l ye m p h a s i z eo nt h es y s t e ms t r u c t u r ea n dp r o c e s so ft h i se n g i n e e r i n gt h e o r y t h ei pq u a l i f i c a t i o np r o c e s s i n ga n dt h eq u a l i t ym e t r i cm e t h o d o l o g ya r ee l a b o r a t e l yi n v o l v e du n d e r t h ee n g i n e e r i n gs c i e n c ef r a m e w o r ka sw e l l t h i sd i s s e r t a t i o ni ss u p p o r t e db yt h ef o l l o w i n gp r o j e c t s ：t h ep r o j e c to f i n t e r f a c eo fv l s ii p c o r ea n dr e l a t e dd e s i g nt e c h n o l o g y ( n o 8 6 3 一s o c - y - 3 t ) a n d r e s e a r c ho nt h ek e yd e s i g n m e t h o d o l o g ya n de n v i r o n m e n to fh i g h p e r f o r m a n c ec p ua n ds o c ：t e c h n o l o g yo fa s s e s s m e n t a n dm e a s u r e m e n tf o rv l s l1 p t w o 2 0 0 2 a a l z l 7 3 3 ) s p o n s o r e d b y c h i n an a t i o n a l h i g h t e c h n o l o g y r e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n tp r o g r a m ，t h ep r o j e c t o f r e s e a r c ho nt h et e c h n i c a l s t a n d a r df o rv l s ii p ( n o 2 0 0 2 b a 9 0 6 a 0 7 ) s p o n s o r e db yt h es p e c i a lr e s e a r c hp r o g r a mf o rk e y s t a n d a r d so ft h e m i n i s t r y o fs c i e n c ea n d t e c h n o l o g y o ft h ep r c t h em a i nw o r ka n d a c h i e v e m e n t sa r ea sf o l l o w s ： i 。t h ec o n c e p to fi ce n g i n e e r i n gi sp r o p o s e di nt h i sd i s s e r t a t i o n ，w h i c hm a k e sr e f e r e n c et o t i l em e t h o d o l o g yo f t h es o f t w a r ee n g i n e e r i n g a tt h es a m et i m e ，ap e dm o d e lf o rs o c e n g i n e e r i n g p r o c e s si s e s t a b l i s h e di nt h ed i s s e r t a t i o nb a s e do nt h er e s e a r c ho ft h ed e s i g n m e t h o d o l o g yo f p l a t f o r m - b a s e ds o ca n di p r e u s e t h ec o n c e p tp r o v i d e saf r a m e w o r kf o rs y s t e m a t i z i n gt h i n g si n d i s o r d e ri nt h ei n t e g r a t e dc i r c u i t sd e s i g ni n d u s t r y 2 ，af u r t h e rr e s e a r c ho ni pq u a l i f i c a t i o na n dr e l a t e dm e a s u r e m e n tt e c h n o l o g yi nt h es o c e n g i n e e r i n gi s i n v o l v e d a sar e s u l t ，a ni pq u a l i t yd e f i n i t i o ni s p r o p o s e d ，a n dam a t hm o d e l i n g m e t h o d o l o g y i su s e df o ri p q u a l i f i c a t i o n 。t h ed e s i g n e r c a r l e m p l o yaq u a n t i t a t i v ep r o c e s s f o r a n a l y s i s ，c o n t r o l l i n ga n di m p r o v e m e n to fe n g i n e e r i n gp r o d u c t i o nb yu s i n gt h em o d e l ，w h i c hh a sa s t r o n gc a p a b i l i t yt od e s c r i b et h ep r o c e s so fe m e r g i n g ，e v o l u t i o na n dr e m o v a lo ff a u l t s b yu s i n g t h em e t h o d o l o g y ，t h et a r g e to f i m p r o v i n g t h ep r o d u c tq u a l i t yc a nb ea c h i e v e d ah i e r a r c h i c a l q u a l i t y m e t r i cm o d e lf o ri pm o d u l ei s p r o p o s e d i nt h i sd i s s e r t a t i o n a f r a m e w o r ka n db a s i cm e t h o d o l o g yo ft h ei pq u a l i t ym e t r i cs t a n d a r da r ep r o v i d e db a s e do nt h e m o d e l t h ei p q u a l i f i c a t i o n m o d e lc a nb eu s e da sar e f e r e n c ef o rt h en a t i o n a l s i l i c o ni p s t a n d a r d i z a t i o nw o r k i n g g r o u p t oe s t a b l i s ht h ec r i t e r i af o ri pq u a l i f i c a t i o n am e t h o d o l o g yo fd e v e l o p i n ga na u t o m a t i ci pq u a l i t yp l a t f o r mu s i n gt h es c r i p tl a n g u a g ei s a l s op r o p o s e di nt h ed i s s e r t a t i o n ，a n dt h ep r a c t i c a b i l i t ya n d 、7 a l i d i t yo ft h ep l a t f o r mh a sb e e n p r o v e db yu s i n gi t i n t oa l li n d u s t r i a lp r o j e c t 3ad e f i n i t i o no fi pr e u s a b i l i t yi sg i v e na n dt h et y p e so ft h ei p - r e u s ea r el i s t e d f u r t h e r m o r e ， at a x o n o m yf o ri pr e u s a b i l i t ym e t r i ca n da s s e s s m e n ti sp r o p o s e d ，w h i c hc a nh e l pt oc h o o s eam o s t a p p r o p r i a t em e t h o d o l o g y a l s op r e s e n t e di s am e t r i cm e t h o do fb l a c k - b o xa p p l i c a b l ef o rc u s t o m e r s a n dn e u t r a lc e r t i f i c a t i o no r g a n i z a t i o n s i v 台肥工业大学博士学位论文 t h ed i s s e r t a t i o n p r o v i d e ss e v e r a lv a l u a b l ee m p i r i c a lm e t r i c st oe v a l u a t es o f ti p sa n ds h o w s h o wt ou s ei tt od ot h e q u a l i t a t i v e a n dq u a n t i t a t i v e a n a l y s i s f o rar e a lc a s e t h e o r e t i c a la n d e x p e r i m e n t a lr e s u l t sh a v ea l lp r o v e dt h a tt h e r ee x i s t ss t r o n gr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h es e l e c t e d m e t r i c sa n dt h e r e u s a b i l i t y b a s e do nt h er e s e a r c hf o rt h ee x i s t i n gi pe v a l u a t i n gm e t h o d s ，a n i m p r o v e dw a yt oe v a l u a t es o f ti pr e u s a b i l i t yi sg i v e n ，w h i c hs h o w sa no b v i o u si m p r o v e m e n ti n s c o r i n gm e t h o da n dr e s u l td a t e s ，c o m p a r i n gw i t ht h ee x i s t i n gm e t h o d t h i sr e s e a r c hc a nb eat h e o r e t i c a lb a s i sf o r n a t i o n a 】1 e v e l p r o j e c t s s u c ha s “v l s ii p d e v e l o p m e n ti n f r a s t r u c t u r ep l a t f o r m ”o ft h em i n i s t r yo fi n f o r m a t i o ni n d u s t r yo ft h ep r c 4 a sa ne x a m p l ef o rt h ee n g i n e e r i n gt h e o r y ，t h ed e s i g nm e t h o d o l o g yo fb u sb r i d g em o d u l e b e t w e e np e r i p h e r a lb u sw h i c hc o m p l i e sw i t ht h ep v c is t a n d a r da n dt h ec c o r es y s t e mb u sh a s b e e nd e v e l o p e d f u r t h e r m o r ea q u a n t i t a t i v ea n a l y s i si sp r e s e n t e da b o u th o we m p i r i c a lm e t r i c s m e n t i o n e da b o v ea f f e c t si p s r e u s a b i l i t y ，c o m p a r i n g b e t w e e n p a r a m e t e r i z e dd e s i g n a n d n o n p a r a m e t e r i z e dd e s i g n ，u s i n gl o c ( 1 i n eo fc o d e ) a sam e t r i c t h ed i s s e r t a t i o np r o p o s e san e wa p p r o a c ht od e s i g n i n gap v c i b a s e dw r a p p e r t h ep r o p o s e d a l g o r i t h mo f f e r s ab a s es t a l em a c h i n ep l a t f o r mo nw h i c hd e s i g n e r sc a np r o d u c ea nf s mf o ra w r a p p e r t h i sm e t h o dh a sb e e ne m p l o y e d t og e n e r a t es e v e r a li n d u s t r yw r a p p e r sf o ri p s ，i n c l u d i n g v m i 5u n d e rd i s c u s s i o ni st h ed e s i g nm e t h o d o l o g yo f t h eb u sf u n c t i o nm o d e li nr e u s a b l ef u n c t i o n v e r i f i c a t i o n p l a t f o r m ar e s e a r c h i sd o n ef o rs _ | t u d y i n gt h ed i f f e r e n c eb e t w e e nr e u s a b i l i t ya n d m a i n t a i n a b i l i t yo f t w or e a l i z a t i o n sb a s e do nt a s k so rt h es t a t em a c h i n e aq u a n t i t a t i v ec o m p a r i n g w o r kf o rt h ed i f f e r e n c eo nt h es i m u l a t i o np e r f o r m a n c eb e t w e e nt h e mi sc o m p l e t e d t h em o n i t o rd e s i g ni nr e u s a b l ev e r i f i c a t i o np l a t f o r mi sd i s c u s s e d ；am e t h o dt oc h e c kf u n o t i o n b yb u st i m i n gc o n s t r a i n t sa n d t h er e u s a b l ed e s i g nr u l eo ft h em o n i t o ra r ea l s op r o v i d e d k e y w o r d s ：i n t e l l e c t u a lp r o p e r t y ，i ce n g i n e e r i n g ，q u a l i t y ，s t a n d a r d ，r e u s a b i l i t y , a s s e s s m e n ta n d m e a s u r e m e n t ，o n - c h i p b u s ，t r a n s a c t i o nv e r i f i c a t i o nm o d e l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导f 进行的研究t 作及取得的研 究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表域撰写过的研究成果，也不包含为获得 盒罂工些厶堂 或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名 j 峥 签字日期：炒年t 月，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 盒蟹工些太堂有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权 金坦些盍堂可以将学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 签字日期：p o ￥年 ) 别隧钰篙。彳己 哼“巧c 一 签字日期：y 。噼【月? 日 学位论文作者毕业后去向： t 作单位：合肥上业大学 通讯地址：安徽省合肥市屯溪路t 9 3 号4 8 5 信箱 电话：0 5 5 1 2 9 0 1 4 2 0 邮编：2 3 0 0 0 9 致谢 v 致谢 本论文是在导师高明伦教授的悉心指导下完成的。高老师不仅学识渊博、治学严谨，而 且诚恳待人、诲人不倦。高老师宽广的知识面、活跃的思维、对科学的浓厚兴趣、对学科的 深刻认识、对产业的深入理解给我留下了深刻的印象。高老师平易近人的工作作风和甘为人 梯的崇高品德是我永远学习的楷模。五年来，高老师和潘剑宏老师对我的学习、科研和管理 工作给予了精心的指导，对我的生活给予了充分的关心，在此表示衷心的感谢! 感谢中国工程院许居衍院士和合肥工业大学仪器仪表学院费业泰教授的有益指导。 感谢哈尔滨工业大学叶以正教授和“集成电路i p 标准工作组”全体老师的指导和帮助。 感谢合工大理学院刘声雷副教授和计算机信息学院袁兆山教授的指导和帮助。 感谢苏州国芯科技有限公司全体同仁的支持和配台。 感谢合f j e _ 1 2 业大学徐秀华老师对我多年来的关心和帮助。 感谢台肥工业大学微电子设计研究所胡永华老师对我五年来的无私指导：感谢李丽老师、 刘聪老师、于锐老师、邓红辉老师、王晓蕾老师、何书专老师、栾铭老师周干民、宋宇鲲、 张多利、程作仁博士，以及刘方海和杜艳英给予的热情帮助：感谢博士生杜高明、尹勇生， 徐诺、许晓琳、唐世庆、周萌、杨羽、林慧君、詹文法、张振在8 6 3 课题研究过程中的辛勤 。作：感谢微电子设计研究所全体成员陪我度过的五年美好时光。 感谢我的父母和亲人多年来的培养、帮助、关心和支持。 特* 0 感谢我的妻子林微所给予我学业上的支持、生活上的关心以及方方面面的理解。 感谢文中引用过文献的所有作者们，感谢所有关心和帮助过我的老师、同学和朋友们! 张溯 2 0 0 3 年1 2 月于工大电子城 第一章绪论 第一章绪论 1 ，1 快速发展的微电子技术l i ，2 ，3 州 2 0 世纪3 0 年代以来的技术创新造就了本世纪人类几乎所有的物质文明，把人类带进了 信息社会。在这个技术创新的时代中，半导体扮演了十分独特的角色。从】9 4 7 年第一支半导 体晶体管的发明，到1 9 5 8 年采用硅平面工艺的集成电路( i c ，i n t e g r a t e dc i r c u i t ) 诞生，直 至目前正在发展中的系统芯片( s o c ，s y s t e m 0 1 1 a c h i p ) ，半导体和集成电路一直遵循摩尔 定律( m o o r el a w ) 的预言高速发展着。这种发展速度为人类历史上所罕见，仅近3 0 年来， 单个芯片上集成的晶体管数目就增加了数百万倍。正是源于这种史无前例的进步速度，使得 移动电话、彩色电视、数码相机、个人电脑、互联网络等高科技全面进入了寻常百姓家，迅 速改变着人类的生产模式、文化娱乐和生活方式。 早期的集成电路设计实际上仅是掩模设计，电路规模小，电路复杂度低。设计工程师具 备一般的电路知识就已经足够了。设计科只是半导体工厂的一个部门，甚至不是最重要的部 门，其丁作方式则主要依靠手工作业和个体劳动。3 0 年后的今天，特大规模集成电路( u l s i ， u l t r al a r g es c a l ei n t e g r a t i o n ) 的规模已经发展到千万门量级，专门的电路知识领域和极高的 设计难度己非以往半导体工厂所能及，也非一般电子设计部门所能及。电路知识领域的划分 不再停留在计算机一通讯- 测量- 工业控制等大的范围，甚至也不再是个人机大型机工控机的 水平。仅就p c 机而言，一家微电子设计公司( 规模之大如英特尔) 很难同时插手c p u ( c e n t r a l p r o c e s s i n gu n i t ) 、v g a ( v i d e og r a p h i c sa r r a y ) 、c h i p - s e t 及m p e g ( m o v i n g p i c t u r ee x p e r t s g r o u p ) 等p c 机主要芯片中的两个，其领域分工之细、电路知识之专精、设计难度之大由此 可见一斑。 与其他事物一样，微电子技术和集成电路产业的发展也是有规律可循的。 集成电路设计是基于半导体材料的电子电路的创新活动。这种活动在协调集成电路制造 厂家与使用厂家双方的矛盾统一运动中形成了“标准通用”和“定制专用”两类产品。所 谓“标准通用”指的是具有很高标准化程度的通用集成电路产品。这类产品的通用性和标准 化有利于制造方的大批量生产。而“定制专用”指的是面向特定用户群的专用集成电路产品， 有利于使用方，而增加制造方的工作量。集成电路产业的发展规律之一就是这两类产品的周 期性消长( 我们称其为“半导体产品，集成电路的特征波动”，简称“特征波动”) ，如巨l l 所示。这就是“许氏循环”。 1 9 4 7 年美国科学家巴丁( j b a r d e e n ) 等人发明了第一支晶体管。晶体管是一种通用器件， 可用于各类电子装置，从而形成了半导体产品特征波动的第一个“通用”阶段。1 9 5 8 年美国 t i 公司的j k i l b y 宣布了第一颗集成电路，从此半导体产业的主体进化成为集成电路产业。 随后，日本人开发成功一系列线性集成电路。这类电路面向不同电子装置( 如计算器、电视 机等) 但在同类装置( 如电视机) 中又是标准器件。称为“专用标准产品”( a s s p a p p l i c a t i o n s p e c i f i cs t a n d a r dp r o d u c t ) ，这就是集成电路产品及其应用的第一个“专用”阶段。6 0 年代末、 7 0 年代初英特尔公司开发成功微处理器( m p u ，m i c r op r o c e s s i n gu n i t ) 芯片。m p u 丰富的 指令系统可以满足应用电子系统的不同需求，是对晶体管标准器件的一次飞跃，从而使集成 电路产品螺旋上升到第二个“通用”阶段。8 0 年代，随着集成电路产品制造成本的不断下降 和设计自动化技术及其工具的长足发展激发了系统设计工程师设计自己专用电路的设想， 以弥补m p u 等标准产品功能“不足或过剩”的缺陷，满足电子系统不断创新的需要，从而 ! 一 垒! ! 三些查兰堕主兰堡丝苎 推动了“一个产品满足一个用户”的专用集成电路( a s i c ，a p p l i c a r l o n - s p e c i f i c1 c ) 的发展。 其中的预制母片的掩模编程( 门阵) 技术，折衷了集成电路生产厂家和应用厂家间的利益， 受到了普遍重视。但是这种掩模“硬”编程专用电路( m - a s i c ) ，对双方仍不够方便。因此 在8 0 年代末、9 0 年代初又发展了以o t p ( o n e t i m e - p r o g r a m ) 为代表的一类用户自编程专 用电路。而以后出现的以f p g a 为代表的可再编程器件更进一步加大了用户的编程自由度。 从而使集成电路产品特征进入了一个全新概念的准“通用”阶段。在这个阶段中，硬件是通 用的，而软件( 编译电路的代码) 则是专用的。随着a s i c 设计技术和传统l s i 开发经验的 大量积累，在微电子加工工艺进入0 2 5 微米、单片集成百万门级电路成为现实之后，集成电 路开始向s o c 发展。s o c 实质上是一个专用系统，n i n e 集成电路产品特征带进了个高级 的“专用”阶段。 圈卜1集成电路产品特征波动规律 注：图中符号t r ( 晶体管) 、s o c ( 系统芯片) 等是产品门类的代表品种， 技术的应用( 即产品) 比技术本身延后十年进入成熟。 上述特征波动规律，导致了微电子产业结构及其商业形态的演变，即由传统的内部“垂 直”集成( 如i b m 、i n t e l ) 过渡到“设计”( f a b l e s s ) 与“加工”( f o u n d r y ) 分离，并发展到 今天的外部“水平”集成，产生了专业化的c h i p l e s s 公司。许氏循环总结了集成电路产品的 发展规律，并为预测微电子技术和集成电路产业今后的发展方向提供了理论依据。 1 2s o c 与i p 1 2 1s o c 概述 半导体加： 技术的发展一直是集成电路产业发展的火车头，表1 1 给出了1 9 9 7 2 0 0 9 年 国际集成电路制造工艺的发展现状和发展趋势p “。 表1 11 9 9 7 蛰j 2 0 0 9 年国际集成电路工艺技术的发展 ? 簪度i 。 1 j 。 雾j 磐 禧1 9 9 9 i 。：2 q o l u 2 0 0 3 ：i 。2 0 0 6 曼 毒2 0 0 9 线宽( p m ) 0 2 501 801 50 130 1 00 0 7 品体管数目( m ) 1 l2 l4 07 62 0 05 2 0 面积 孚成立 时，为重用增加的额外成本才是合理的。其中c ，代表设计非可重用模块的成本： c ，= 口c 。+ c ，+ c ，为设计同样功能i p 的成本，口为成本增长系数，c 。为适应性修改成本，c 。 为重用i p 带来的风险成本( 如面积增加带来的成本) ：t 为重用次数。具体的数据可参考文 献 4 8 】【4 9 】。因此，像处理器、m e m o r y 和诸如p c i 和u s b 等标准接口显然就需要进行重用设计： 一些特殊的应用模块( 如固网短消息芯片用f s k 模块) 也许不用花大量的精力以使之可重用。 总之为重用设计投入的设计努力需要一个权衡的考虑。 而对于l p 用户，在设计之初，则需要面临是自行开发还是购买第三方i p 的决策。就一个 具体的模块而言，通常有三种选择：购买；对类似的模块进行修改：重新设计。最终 的决策应该根据项目紧迫程度和成本来确定，软件工程中的决策树分析方法是一种很好的辅 助手段”“。 2 4 结束语 任何工程的主体都是建立在人类思想和成功经验的基础上的。在面对复杂、有冲突的问 题时，人的主观能动作用显得尤为重要。需要对冲突和困难进行理性的思考通过合适的方 2 4台肥工业大学博士学位论文 法寻求解决冲突的方法，获得“满意解”。想一成不变地使用一个方法解决一切问题的时代 已经结束。尉样，本文提出的集成电路工程学，尤其是基于重用的集成电路工程学也处在不 断的发展和演化中，并且在很多方面还存在缺陷和不足，但至少这种框架结构的提出为集 成电路的设计引入新秩序做了尝试和努力。 第三章 i p 质量保证和质量评测标准草案 第三章i p 质量保证和质量评测标准草案 摘要：随着i p 重用方法学被集成电路设计者们普遍接受，在s o c 设计过程中i p 使用的 次数和频率都在不断增加，作为一个商品，i p 的质量正逐渐成为i p 设计者和i p 用户所 广泛关注的问题。本章在基于重用的集成电路工程学框架内，对i p 的质量保证和质量评 测技术进行了深入的研究。提出了i p 质量的定义，并使用数学方法对i p 质量进行了建 模，很好地描述了缺陷的产生、演变和消亡过程，有助于工程设计人员定量的分析、控 制和改善工程生产过程，从而达到提高产品质量的目的 在集成电路设计领域内，首次提出层次化的i p 质量评测模型模型强调了通过不断 积累质量测量和评估数据，逐渐建立客观测量数据对质量属性的计算模型的思想。该评 测模型可以作为国家“集成电路i p 标准工作组”制定i p 质量评测标准的参考。 本章最后提出了使用脚本语言构建自动化i p 质量评估平台的方法，并通过实际工业 项目验证了它的实用性和有效性 3 1 引言 若忽视质量，就注定被淘汰。 一一p h i l i pc r o s b y 世界质量领袖、零缺陷之父 质量( o u a l i t y ) 是衡量一个产品是否具有强大生命力的关键指标。随着i p 重用方法学被 集成电路设计者们普遍接受，在s o c 设计过程中i p 使用的次数和频率都在不断增加。有统 计表明，1 9 9 5 年s o c 中的i p 模块所占比例平均是9 ，1 9 9 7 年为3 0 ，2 0 0 0 年是4 7 ，预 计2 0 0 3 年这一比例将达到8 4 i l 。1 。i p 的质量正逐渐成为i p 设计者和i p 用户所广泛关注的 问题。一方面i p 质量优劣，直接决定了其是否能够成功集成到一个s o c 当中去，并保证自 身与整体的正常工作；另一方面，面对不断变化和激烈竞争的市场，i p 质量己成为l p 供应 商( i pp r o v i d e r ) 得以保持其长期优势的关键。 实践证明，产品的质量管理( q u a l i t y m a n a g e m e n t ) 是一件困难的事情，因为它与众多错 综复杂的因素相关。而i p 在很大程度上作为种知识实体，其特征的定义远比物理对象要困 难得多，因此质量管理也就更加困难。为了保证设计出高质量的i p ，我们必须做到以下几点： 明确地定义“i p 质量”的涵义：创建一组活动，改善i p 的开发过程从而提高产品的质 量；对每个i p 开发项目实施质量保证( q a q u a l i t y a s s u r a n c e ) 活动；使用定量的评测 方法度量j p 的质量，并作出合理的修改。 本章在基于重用的集成电路工程的框架内，从上述四个方面对i p 的质量保证和质量评测 技术进行了深入的探讨。提出了i p 质量的定义和质量模型：研究了工程中质量保证活动对i p 质量改善的作用：提出了一个新的集成电路i p 质量评测模型进而尝试制定相对客观、实用 和完整的i p 质量评测标准。本章的最后还研究了使用脚本语言构建自动化l p 质量评估平台 的方法。 3 2 i p 质量的定义 3 2 1 质量的定义 工程学的主要目标之一就是生产出高质量的产品。但是，问题是什么是“质量”? 在产 品的所有属性中“质量”最难定义，不同的人对它有不同的理解。 2 6 合肥工业大学博士学位论文 c r o s b y 和d e m i n g 分别认为质量是“与需求( r e q u i r e m e n t ) 的一致程度”和“在用户可 承受的成本范围内满足用户期望的程度”i s 2 i ： 美国质量控制学会( a m e r i c a ns o c i e t y f o r q u a l i t y c o n t r 0 1 ) 将质量定义为：对一种产品或 服务满足给定需求的程度产生影响的该产品或服务特性( f e a t u r ea n dc h a r a c t e r i s t i c ) 的总和； i s o8 4 0 2 - 9 4 质量管理和质量保证：术语中，把质量定义为：反应产品或服务满足明 确( s t a t e d ) 和隐含( i m p l i e d ) 需求能力的特性总和。i s o9 0 0 0 ：2 0 0 0 质量管理体系：基础 和术语将定义修正为：一组固有特性满足要求的程度1 5 ”。这里固有特性是指可以度量的特 征，比如长度、颜色、电气特性、可扩展性等等； v s i a 质量工作组则定义质量为：对用户或供应商提出的特定需求可以度量的一致 ( c o n f o r m a n c e ) 程度： 总的看来，普遍被接受的还是i s o ( i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r do r g a n i z a t i o n ) 对质量的定义。 3 2 2 质量的分类 广义上，按照研究对象的不同，产品质量包括如下两个方面： ( 1 ) 过程质量：指产品开发过程的规范化程度。过程质量受到管理、设计方法学、文档、 开发工具和组织机构等因素的影响。通常开发过程成熟度( 规范化程度) 越高，过程质量就 越高从而将导致产品质量的不断改进： ( 2 ) 产品质量：指产品自身满足需求的固有特性总和。按照对象的可度量特性类型又可 以进一步划分为： 设计质量：设计者所规定的产品特性。材料等级、公差和性能规范都属于设计质量范畴。 如果产品根据规定的要求进行制造，如使用高级别的材料、严格的公差和高性能的规范等， 则产品的设计质量便会提高： 一致性质量：是指在后续的实现或制造过程中遵守设计规范的程度。 产品质量的这两个方面是互为统一的。一方面，过程质量是保证产品质量的前提和基础： 另一方面，过程质量的评估和