發布日期：2022-07-15 點擊率：15
一、反向設計與正向設計
反向設計是IC設計方法的一個專有名詞。集成電路的設計最終要落實到代表電路結構的幾何圖形(這些圖形的交迭構成集成電路的基本單元—主要是晶體管)。通過將圖形轉化為各加工工序所需的掩膜,加工廠家即可根據掩膜大規模地批量生產芯片。反向設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,反向設計的工作量很大,而其出錯概率也大。以一千門的不規則版圖為例,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,錯誤概率成指數上升。一個幾萬門電路的反向設計幾乎是不可能的,而幾十萬門的電路就完全不可能了。
集成電路的正規設計方法是正向設計,即根據產品確定的指標和要求,從電路原理或系統原理出發,通過查閱相關規定和標準,利用已有知識和能力來設計模塊和電路,最后得到集成電路物理實現所需的幾何圖形。正向設計產品的性能可以通過仿真進行驗證和預測。重要的是,正向設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,產品可以不斷更新換代,而反向設計即使百分之百正確,也只能是一個已經定型產品的模仿,在你辛苦進行反向設計時,別人的第二代第三代產品又已經出來了,你的東西又有何競爭力呢？
正向設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、反向設計有用嗎？
反向設計之所以在我國仍很流行,一些反向設計專家的依據主要是:
1.先從反向設計起步積累經驗,再轉向正向設計。
2.正向設計做不了,反向設計還能有些成功。
3.反向設計可以借鑒別人的成功經驗。
對于第一種觀點,首先從設計方法本身來說,正向設計是從系統出發,以HDL語言為主,而反向設計是著眼于得到幾何圖形參數,顯然做不到把底層的幾何結構與高層的HDL語句相對應。因此反向設計所積累的經驗,對于從系統級著手的正向設計來說沒什么用處。我們只要看一看很多單位已做了幾十年的反向設計,但是至今依然離不開反向設計,就知道從反向設計轉向正向設計是何等的困難。
對于第二種觀點,我們認為,反向設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計,規模介于幾十到幾百門之間。這種電路規模太小,在EDA工具出現前,我國就有手工刻紅膜正向設計幾百門的能力。在當今集成電路已發展到超大規模、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計如CPU、DSP。但據了解,大多數都是毫無結果(這里指標準化、產業化的IP核和芯片),更不用說產業化。這種情況其實也是可以預料的。對于復雜的系統,反向設計不可能預見芯片的全貌,即使版圖翻版得完全一樣,還有芯片結構的縱向因素、生產的工藝因素,以及原設計的局限和瓶頸等等。反向設計是不可能達到對所有因素都完全理解的。第三類是反向設計與正向設計的結合。即設計前通過查閱相關產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、設計。我們認為這樣的成功也不是對反向設計的肯定。現在國內已有很多單位采用這種方法設計出IC卡芯片。但其成功的原因并不在于其反向設計的工作,而在于其正向設計的相關工作。IC卡芯片相對比較簡單,如果完全正向設計也容易,而且會更快、更好,還可以不斷更新換代。現在的情況是,當這些單位還在費盡心思解剖芯片時,別人的新產品如智能IC卡芯片已經出來了,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品的競爭力結合起來考慮,就不能說是成功了。
關于第三種反向設計借鑒的觀點,需要說明的是,正向設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、查找專利、查找協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計。正向設計中的IP調用就是一種積極主動的借鑒和交流的手段。而反向設計的借鑒是形似,根本不可能達到神似。
三、應當禁止反向設計
事實上,反向設計不但沒有任何用處反而危害極大,它已不僅僅是一個設計方法的問題,更是影響到我國微電子產業戰略決策和發展的重大問題。今天國內眾多高校和科研院所普遍都采用反向設計的課題培養研究生；一些重點工程項目仍舊沿用反向設計的方法；許多學術帶頭人也是只有反向設計的經驗。這些專家也能影響到我國微電子產業戰略方針政策的制定,因而更有問題。
同時,目前越來越多的年輕工作者都正在或將要從事反向設計。而對青年人來說,學習正向設計要比學習反向設計更容易,更有趣,更有發展。反向設計實際上束縛了創新的欲望和思維。
反向設計對國內集成電路的發展所帶來的后果已經極其嚴重,發展下去,我們只能跟在發達國家的身后爬行。反向設計對于微電子產業正如興奮劑對于體育界一樣。
國家有關部門應當旗幟鮮明地對反向設計說“不”,同時大力提倡正向設計,并采取得力的措施。比如重大工程項目禁止采用反向設計；科技成果評審嚴禁反向設計作品等等。只有這樣,中國微電子產業的發展才能與國際接軌,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業的騰飛,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業化。而我們認為在很多高新技術領域的水平并不高,一些科研成果的水平本身也不具備產業化的條件。事實上一些科研成果的出發點更多的是在于經費申請和鑒定評獎,這也反映出我國特有的科研經費申請制度、職稱評定制度、鑒定評獎制度所存在的不合理成份。
