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新手芯片设计工程师如何快速提高自己的水平?

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知乎张子玉
发布于 2021-05-19 13:42:55 APP内打开
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前言

我刚入职的时候也有这样的疑问,因为三年没写过一行verilog。在网上的得到答案基本是:

  1. 学好Verilog;
  2. 要掌握FIFO;
  3. 时序处理等等。

但是这些答案在我工作的两年内,发挥的作用聊胜于无。

思来想去,数字IC前端设计(以下简称设计)好像没有快速提高的方法,因为不同的方向差别比较大。抛开编程语言,设计的基础是协议,不同方向的协议基本不同。验证初期不懂协议也能做,把设计当成一个黑盒,根据接口写代码。但是设计不行,不懂协议连设计文档都没法写。

所以本文仅分享我对设计的理解,快速提高大概谈不上。

岗位要求

在芯片设计的不同方向上,对工程师的知识体系和技能要求不一样。后端和SoC咱没做过,不了解。以我现在的岗位,数字IC设计(video)为例,该岗位对新手的大致要求是:

  1. 根据C模型,进行RTL实现;
  2. 会基本的验证,以方便配合DV工作。
  3. 简而言之,IP设计是算法RTL化。

IP设计类的ASIC岗位(ISP/Display/Video)应掌握以下事项:

  1. 懂协议;
  2. 根据协议和C模型,归纳总结,将协议硬件化,写设计文档;
  3. 根据文档,写RTL化代码;
  4. RTL设计实现的优化;

1. 协议

ASIC设计岗位工作的本质是协议RTL化。协议是基础,不懂协议,一切是空谈。协议如果简单,可能需要懂全部;如果复杂,只需要懂自己负责的那一块即可。

入职以后,我一直在啃协议,做项目期间也是一边做,一边啃。此外,协议和C模型并非完全相同,协议只是抽象,具体的算法实现和RTL编写要以C模型为准。
视频编解码协议

2. 设计文档

设计文档的内容包括:

  1. 模块框架图
  2. I/O接口
  3. ram说明
  4. 状态机
  5. 模块功能流程图
  6. 协议实现重点的说明

文档的意义不仅是给DV和算法看,同时也是整理思路,给自己看。

有些大佬可以不写文档,照着C模型直接写RTL,但是我不建议新手这么做。写完两星期之后,大概率忘记自己之前如何实现,为什么要这么实现。

从抽象层级来说,设计文档>协议>C模型>RTL代码。有时候几千行的RTL,用几句话就能描述完。如果没有文档直接看RTL,自己debug会相当耗时,也不利于后续DV的工作。

文档尽量写的充分些。我见过意识流的文档。虽然是英文的。但是基本是Chinglish。通篇只有框架图和接口表比较有用,真研究起来,不如直接看代码。

如果项目紧急,来不及整理文档,可以将要点记录下来,写上关键词,方便项目结束后回溯。

3. 协议RTL化

先按照C模型,堆code实现功能,然后跑通一个case即可,优化后续再做。从0到1是一件不容易的事情。应届生进入公司,一般要么有人带,要么有已完成的项目可以参考。这也体现了团队成熟的重要性。

协议和C模型在设计时是否有考虑硬件优化,直接决定了编写RTL的难度。软件思维和硬件思维差别巨大。

协议和C模型也存在对不上的情况,这时候就需要具体分析,有可能是C模型错了,也可能是协议错了,亦或者是自己理解错了。

算法认为在后台使用了一个简单的数组,然而在硬件用需要一个寄存器堆,大了就得用ram。而且如果一个多维数组使用的不充分,对于ram设计压力是比较大的。如果按照C模型设计,会有相当多的浪费;如果采取数据连续排列的方式,时序比较难做,读写控制逻辑也会比较复杂。

4. RTL设计实现的优化

优化是门艺术,作为菜狗,我能做的也不多。而且这是一个循序渐进的过程。遇到的问题和情况多了,会积累到足够的感性素材,然后整理成理性素材。

只有深入研究协议和C模型,并且搞懂了算法的实现规则,才好有的放矢。

C模型的设计,大多是按照软件思维设计的,有些设计对硬件不友好,甚至浪费存储空间。虽然功能是跑通了,但是并非最优解。有些数据在C模型中是用5bit表示,但是硬件实现用3bit,甚至1bit就够。

协议不断的在更新,有些子模块在新老协议中的功能相近,那么以前的逻辑可以直接复用或者微调代码即可;但是有些子模块的功能前后相差很大,这时候需要考虑计算单元和存储单元如何复用。

如果同一块的buffer变的超大,那么可以考虑新增一个ram,老buffer给其他功能单元或者子模块复用;如果同一块buffer小了很多,可以将老buffer做拆分,多的部分给其他模块复用。

以上是我的经验之谈,仅供参考。不同的设计方向的要求不一样,所以具体情况请具体分析。

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