如何提升芯片投制設(shè)計(jì)的進(jìn)度估算

芯片設(shè)計(jì)的進(jìn)度經(jīng)常估不準(zhǔn)，連帶影響芯片的開發(fā)成本、芯片的上市時(shí)間、及上市后的銷售。許多芯片投制商（ASIC Supplier）會(huì)用總項(xiàng)目管理數(shù)據(jù)庫來估算芯片投制設(shè)計(jì)的進(jìn)度。同時(shí)絕大多數(shù)的進(jìn)度估算都認(rèn)為，投制設(shè)計(jì)完成的時(shí)間取決于芯片設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，而復(fù)雜度多以電路中的邏輯門數(shù), 存儲(chǔ)器位數(shù), 和時(shí)鐘頻率等來衡量。

然而，有家無晶圓廠的芯片投制在2008年完成一份芯片投制設(shè)計(jì)項(xiàng)目的內(nèi)部研究，該研究顯示，芯片從交付netlist后開始進(jìn)行投制設(shè)計(jì)，一直到產(chǎn)生GDSII數(shù)據(jù)庫后完成設(shè)計(jì)，此一投制過程時(shí)間的長(zhǎng)短，其實(shí)與交付netlist的芯片設(shè)計(jì)商之成熟度密切關(guān)連。

舉例來說，一線芯片設(shè)計(jì)商與三線芯片設(shè)計(jì)商均交出最終定案的芯片netlist，且芯片的復(fù)雜程度相近，則三線芯片商必須比一線芯片商多等待一倍的時(shí)日才能取得投制完成后的GDSII成果。

以下本文將解說該芯片項(xiàng)目及其進(jìn)度數(shù)據(jù)，了解為何一線與三線間為何有如此差異，并藉此啟發(fā)出更佳的規(guī)則、方法，以提升芯片設(shè)計(jì)進(jìn)度的估算精確性。

本文所用的芯片投制項(xiàng)目進(jìn)度數(shù)據(jù)，其項(xiàng)目的起訖認(rèn)定，是從已完成最終定案的netlist開始，一直到GDSII數(shù)據(jù)庫產(chǎn)生為止，并以單一家芯片投制商于2008年間所承接、完成的項(xiàng)目為依據(jù)。該投制商于2008年共承接、完成28個(gè)項(xiàng)目，其中19個(gè)為一線（芯片設(shè)計(jì)）業(yè)者所委托，4個(gè)來自二線業(yè)者，另5個(gè)來自三線業(yè)者。

在此，一線業(yè)者指的是已良善確立其主要部門，或者是其芯片已形成一個(gè)或多個(gè)類群，且類群化已達(dá)高度成熟性。而三線業(yè)者指的是小規(guī)模的新創(chuàng)公司，并專注于發(fā)展及推行新技術(shù)、新（芯片）產(chǎn)品。至于二線業(yè)者則在各方面均介于一線與三線之間，包括規(guī)模性、（芯片）產(chǎn)品成熟性、產(chǎn)品線的廣度等等。請(qǐng)參考如下的表1，該表顯示出一線、二線、三線業(yè)者在芯片投制項(xiàng)目上的相關(guān)信息。

表1 從最終定案的netlist到產(chǎn)生GDSII的設(shè)計(jì)時(shí)間表

表1

從表中可知，一線、二線、三線業(yè)者從netlist到tapeout（指正式將芯片設(shè)計(jì)交由晶圓廠生產(chǎn)成芯片）的天數(shù)分別為31天、45天、61天。其中一線與三線間有較大的差異，此差異大于一線與二線間的差異，也大于三線與二線間的差異。而較大的差異性也意味著個(gè)中的分析將能有較大且確切的斬獲，因此以下本文將特別聚焦在一線與三線間的分析比較。

上表的數(shù)據(jù)也顯示，芯片投制設(shè)計(jì)項(xiàng)目的復(fù)雜度，極大程度取決于平均門數(shù)、平均存儲(chǔ)器位數(shù)、平均時(shí)鐘頻率等，關(guān)于此無論是一線、二線、三線業(yè)者均是相同的。

在平均門數(shù)方面，三線業(yè)者的用量較一線多出11%，若將此進(jìn)行線性擴(kuò)展對(duì)應(yīng)，則會(huì)多增加3天的開制工程時(shí)間。平均存儲(chǔ)器位數(shù)方面也是一線與三線間有所差異，不過，存儲(chǔ)器個(gè)數(shù)（memory instance count）的差異所造成的影響，與內(nèi)存在電路布局、芯片面積等方面的影響相比相對(duì)較小。即便如此，對(duì)三線業(yè)者的投制項(xiàng)目而言，所增加的電路布局上的工作及執(zhí)行投制設(shè)計(jì)的軟件工具運(yùn)作時(shí)間等，也只會(huì)在整個(gè)項(xiàng)目中多增加幾天時(shí)間而已。

在頻率頻率方面，一線業(yè)者的平均頻率與三線業(yè)者的平均頻率相比，約僅高出8%，由于差異太小，難以看出是否此為影響投制進(jìn)度時(shí)間的主要因素。另外，一線業(yè)者使用較先進(jìn)的制程節(jié)點(diǎn)技術(shù)，如此會(huì)增加設(shè)計(jì)后的驗(yàn)證心力，進(jìn)而略增投制時(shí)間，不過使用舊制程的三線業(yè)者也會(huì)為了讓芯片有較佳的頻率表現(xiàn)而進(jìn)行時(shí)序收斂（timing closure）的挑戰(zhàn)性設(shè)計(jì)，此亦同樣會(huì)略增投制時(shí)間。總體來說，一線與三線在投制設(shè)計(jì)上的差異太小，無法從中解釋為何一線與三線間有長(zhǎng)達(dá)30天的項(xiàng)目進(jìn)度落差。

表1的所有數(shù)據(jù)都來自同一家無晶圓廠的芯片投制商，所以表中的所有投制項(xiàng)目用的都是同一種設(shè)計(jì)方法、同一種設(shè)計(jì)流程，在邏輯閘用量上、電路配布的密度目標(biāo)等也都是相近。進(jìn)一步的，參與、投入投制設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)工作者的能力水平，以及由工作者構(gòu)成的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)等也都類似，而管理各設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的則是同一組總項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)。

管理團(tuán)隊(duì)追查所有芯片投制設(shè)計(jì)的主要設(shè)計(jì)復(fù)雜性部份，也追查一線與三線的芯片實(shí)現(xiàn)差異性等，均因差異過小而難以解釋為何項(xiàng)目進(jìn)度時(shí)間有如此大的落差。唯一可解釋的是一線、三線業(yè)者所交付的定案版netlist有極大的不同，進(jìn)而導(dǎo)致后續(xù)投制進(jìn)度時(shí)間的大落差。因此接下來將探討一線與三線芯片設(shè)計(jì)商的設(shè)計(jì)工程團(tuán)隊(duì)，試圖了解其是否為導(dǎo)致項(xiàng)目時(shí)程差異的主因。 由于一線與三線業(yè)者及其設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)業(yè)者有著太多的不同點(diǎn)，所以本文只專注在會(huì)影響netlist穩(wěn)定性、netlist質(zhì)量方面的因素，此處的差異將對(duì)投制項(xiàng)目的進(jìn)度造成極大影響、沖擊。許多一線業(yè)者的項(xiàng)目是以之前已完成的項(xiàng)目為基礎(chǔ)進(jìn)行強(qiáng)化或升級(jí)，之前的項(xiàng)目能給新項(xiàng)目一個(gè)穩(wěn)定的基礎(chǔ)，同時(shí)在發(fā)展更高質(zhì)量的netlist時(shí)能有更穩(wěn)當(dāng)?shù)陌l(fā)展路徑。

一線業(yè)者通常擁有內(nèi)部自屬的實(shí)體電路設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，如此他們可以決定投制工程的哪些部份要內(nèi)部團(tuán)隊(duì)自行完成，以及哪些部份要委外交由芯片投制商完成，一線業(yè)者自屬的內(nèi)部實(shí)體電路設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)多用來支持公司內(nèi)極先進(jìn)的芯片設(shè)計(jì)項(xiàng)目，這類的項(xiàng)目需要緊密的工程回復(fù)與反應(yīng)。若項(xiàng)目是以既有設(shè)計(jì)進(jìn)行強(qiáng)化、升級(jí)，則很適合直接委外，這表示一線業(yè)者通常是將相對(duì)簡(jiǎn)潔、穩(wěn)定的netlist委外設(shè)計(jì)（委給芯片投制商）。

另外，一線業(yè)者通常有詳整的項(xiàng)目定義，及開制設(shè)計(jì)完成后的接受性準(zhǔn)則、依據(jù)，包括此次項(xiàng)目的訴求特點(diǎn)、規(guī)格、目標(biāo)市場(chǎng)等，均經(jīng)過仔細(xì)的檢視才批核。一旦一線業(yè)者批準(zhǔn)并啟動(dòng)一個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，其主設(shè)計(jì)就極少再更動(dòng)，如此設(shè)計(jì)目標(biāo)的設(shè)計(jì)后的成效結(jié)果就相當(dāng)穩(wěn)定，同時(shí)能進(jìn)一步提升設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性與質(zhì)量。

相對(duì)的，多數(shù)的三線業(yè)者處于草創(chuàng)階段，正摸索發(fā)展與建立其（芯片）產(chǎn)品及（芯片）技術(shù)，在新產(chǎn)品、新技術(shù)的定義上沒有太多的過往設(shè)計(jì)可參考、倚賴。因此，與許多一線業(yè)者不同的，多數(shù)三線業(yè)者沒有太多的余裕來主掌現(xiàn)有的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，多數(shù)三線業(yè)者也無法評(píng)斷是否該投資建立自屬的內(nèi)部實(shí)體電路設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，亦無法評(píng)斷是否該購(gòu)買EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）相關(guān)的電路布局、線路繞布等工具。

因此多數(shù)三線業(yè)者將實(shí)體電路的設(shè)計(jì)工作委外，有關(guān)實(shí)體電路的設(shè)計(jì)內(nèi)容與技術(shù)成熟性等，均難有進(jìn)一步的關(guān)注或涉入。為了投制出客戶交付的新的芯片設(shè)計(jì)和技術(shù)方案，三線業(yè)者就必須以更靈巧、彈性的手法來達(dá)成。

舉例而言，如果（但很有可能發(fā)生）有一個(gè)大客戶XYZ簽訂一紙合約，將大量采買新創(chuàng)公司ABC的芯片，可是ABC的芯片在封裝上卻不合乎大買家XYZ的需求，而ABC公司也找不到更有吸引力的買主或市場(chǎng)，這時(shí)ABC公司的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)就必須停止現(xiàn)有的設(shè)計(jì)，并重新設(shè)計(jì)該芯片的I/O環(huán)（I/O Ring，指接近封裝接腳、接線的接口電路）來因應(yīng)大買家所期望使用的封裝型態(tài)。如此原初設(shè)計(jì)的規(guī)格及netlist就必須更新，進(jìn)而延誤netlist轉(zhuǎn)化成GDSII的時(shí)間。

另外，一線業(yè)者與三線業(yè)者在結(jié)構(gòu)組成上也有所不同，一線業(yè)者通常有完整、近似的前案設(shè)計(jì)，也擁有既定的設(shè)計(jì)流程及具凝聚力的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，三線業(yè)者在設(shè)計(jì)流程上經(jīng)常是設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)開發(fā)完電路后，也由同一組團(tuán)隊(duì)進(jìn)行設(shè)計(jì)除錯(cuò)。進(jìn)一步的，一線業(yè)者可以取用較多的工程資源與EDA工具，且隨著時(shí)間許多項(xiàng)目參與者可從中獲得學(xué)習(xí)，進(jìn)而提升到不錯(cuò)的水平。許多一線業(yè)者的工程師擁有比較專同時(shí)也比較深的經(jīng)驗(yàn)實(shí)務(wù)，不過多數(shù)項(xiàng)目多只用及少數(shù)關(guān)鍵工程師及具廣、深歷練的管理者，以此共同推動(dòng)項(xiàng)目進(jìn)行。

而三線業(yè)者，由于要保存現(xiàn)金流量及控管有限的創(chuàng)業(yè)資金，因此必須節(jié)省開銷，多數(shù)三線業(yè)者只擁有少數(shù)的關(guān)鍵工程師及具深廣經(jīng)驗(yàn)的管理者來投入項(xiàng)目。不過，三線業(yè)者通常缺乏傳統(tǒng)工程與EDA工具資源，以致沒有余力如一線業(yè)者般地執(zhí)行諸多具系統(tǒng)、條理、且詳整的設(shè)計(jì)確認(rèn)，導(dǎo)致沖擊三線業(yè)者的netlist的質(zhì)量、穩(wěn)定性。此外，三線業(yè)者的資源也只能進(jìn)行有限的設(shè)計(jì)驗(yàn)證、除錯(cuò)、及問題排解，如此也延誤了netlist轉(zhuǎn)化成GDSII的時(shí)間進(jìn)度。

以下我們將說明一種具啟發(fā)性的規(guī)則，該規(guī)則可協(xié)助我們強(qiáng)化進(jìn)度推估。進(jìn)度時(shí)程的推估向來詭譎多變，其中牽涉了項(xiàng)目時(shí)程的精準(zhǔn)度或是現(xiàn)實(shí)性，此與企業(yè)文化息息相關(guān)，同時(shí)也與「業(yè)務(wù)、營(yíng)銷團(tuán)隊(duì)與研發(fā)團(tuán)隊(duì)間的互動(dòng)」息息相關(guān)。

有關(guān)進(jìn)度推估，有的公司是實(shí)行一貫、固有的高度最佳化情境與假設(shè)來推算，又有的公司是致力于最大的進(jìn)度精準(zhǔn)度與可預(yù)測(cè)性來推算。如果有人很幸運(yùn)的是在一家傾向于實(shí)行精準(zhǔn)現(xiàn)實(shí)進(jìn)度的芯片公司，則先取用一線業(yè)者的方式來進(jìn)行進(jìn)度估算，即是以邏輯閘用量、頻率、及內(nèi)存容量等來推估，之后將此推估套用于二線、三線業(yè)者的設(shè)計(jì)時(shí)，則會(huì)往上追加時(shí)間。

舉例而言，二線業(yè)者且其營(yíng)銷團(tuán)隊(duì)、研發(fā)團(tuán)隊(duì)均受過良好訓(xùn)練，其進(jìn)度估算就可逼近于一線業(yè)者的進(jìn)度估算，而三線業(yè)者缺乏工程資源則必須延長(zhǎng)設(shè)計(jì)時(shí)程，進(jìn)而增加進(jìn)度時(shí)間。

如果有個(gè)人所在的芯片公司，其進(jìn)度是以一線到底式的瀑布流程為假設(shè)，即以高度最佳化的情境為設(shè)想，如此想強(qiáng)化進(jìn)度估算的精準(zhǔn)性就會(huì)出現(xiàn)極大的問題，有可能會(huì)在從高度最佳化進(jìn)度到真實(shí)進(jìn)度的突然轉(zhuǎn)變時(shí), 遭遇公司內(nèi)部強(qiáng)大的阻力。

為改善估算精準(zhǔn)度，初始的工作應(yīng)致力于將原本高度最佳化的進(jìn)度調(diào)整成很積極但卻可行、合理的進(jìn)度。

以上的討論傾向于反映出二線、三線業(yè)者中的不佳工程、營(yíng)銷與業(yè)務(wù)團(tuán)隊(duì)，多數(shù)公司里的多數(shù)設(shè)計(jì)、營(yíng)銷及業(yè)務(wù)團(tuán)隊(duì)都非常專注自有領(lǐng)域，并嘗試作出大的貢獻(xiàn)，但卻忽視了公司的處境。一線、二線、三線間的進(jìn)度不同是由于公司情境的好壞因素，其影響性高過于控制設(shè)計(jì)、營(yíng)銷、業(yè)務(wù)團(tuán)隊(duì)。與其把心力用于強(qiáng)化、縮短芯片的設(shè)計(jì)時(shí)間，則更建議專注在規(guī)劃及問題排解，而不是對(duì)抗。

結(jié)論是，表中的28個(gè)委托投制案，其交托的客戶已歸為一線、二線、三線，同時(shí)也依不同線別來列出其委托案的平均設(shè)計(jì)復(fù)雜度。由表中可知，同樣的芯片投制商，同樣從交付netlist到完成GDSII，一線委托案所需的時(shí)日能比二線快約50%，而能比三線快約100%。所以，在此建議當(dāng)修訂原有的時(shí)程估算方法，過去僅以邏輯門數(shù)、存儲(chǔ)器位數(shù)、時(shí)鐘頻率等技術(shù)復(fù)雜度的方式來估算芯片開制所需的時(shí)間，必須嘗試調(diào)整成以業(yè)者一線、二線、三線等區(qū)別來推估開制時(shí)間。

不過，每家公司及其投制工程團(tuán)隊(duì)均有所不同，因此項(xiàng)目時(shí)程的修改、調(diào)整須以逐案、逐案累積而得的基礎(chǔ)來評(píng)斷，此亦成為一個(gè)有趣且值得深入探討的議題，包括不同線別業(yè)者的前段設(shè)計(jì)時(shí)間，以及項(xiàng)目啟動(dòng), 從接受初始netlist到GDSII完成的時(shí)間。