Khi nói đến việc tạo ra một con chip điện tử – từ vi xử lý trong điện thoại, GPU trong card đồ họa cho đến các SoC phức tạp dùng trong xe tự lái – nhiều người thường hình dung đến việc lập trình hay thiết kế logic. Tuy nhiên, một bước cực kỳ quan trọng nhưng ít được chú ý hơn lại chính là Physical Design – thiết kế vật lý, nơi mà những dòng mã RTL thuần logic được chuyển hóa thành hình dạng cụ thể trên silicon. Physical Design là một phần của giai đoạn backend trong quy trình thiết kế vi mạch VLSI (Very Large Scale Integration), và có vai trò như cây cầu cuối cùng nối giữa phần thiết kế logic với giai đoạn chế tạo thực tế tại nhà máy (fab). Quá trình này bắt đầu sau khi mã RTL đã được viết và kiểm tra logic xong, và kéo dài đến khi bản layout cuối cùng sẵn sàng để gửi đi “tape-out” – thuật ngữ chỉ bước giao thiết kế cho nhà máy sản xuất. Trong Physical Design, các bước chính bao gồm tổng hợp logic (logic synthesis), định hình bố cục chip (floorplanning), sắp xếp các cell logic (placement), xây dựng hệ thống phân phối xung clock (Clock Tree Synthesis – CTS), định tuyến các kết nối kim loại (routing), và các kiểm tra cuối cùng như DRC (Design Rule Check) và LVS (Layout vs Schematic) để đảm bảo bản thiết kế tuân thủ đúng các quy tắc công nghệ sản xuất. Mục tiêu của Physical Design không chỉ là “vẽ xong con chip”, mà là tối ưu hóa toàn bộ thiết kế để đạt được hiệu suất cao, tiêu thụ điện năng thấp, diện tích nhỏ gọn và đảm bảo có thể chế tạo được ở quy mô công nghiệp. Đây là giai đoạn kỹ thuật cực kỳ tinh vi, nơi mọi quyết định nhỏ về vị trí cell, chiều dài dây, hay phân phối clock đều có thể ảnh hưởng đến hiệu năng toàn hệ thống. Với các công nghệ hiện đại dưới 7nm, Physical Design càng trở nên phức tạp khi phải đối mặt với hiện tượng vật lý như nhiễu tín hiệu, crosstalk, IR drop hay thermal issue. Chính vì thế, để hiểu rõ được quy trình thiết kế chip hiện đại, việc nắm vững Physical Design là điều bắt buộc. Chuỗi bài viết này sẽ giúp bạn tiếp cận từ nền tảng cơ bản đến các kỹ thuật chuyên sâu trong Physical Design – từ hiểu vai trò của mỗi bước đến cách sử dụng công cụ thực tế, từ kiến thức học thuật đến kinh nghiệm thực chiến trong ngành công nghiệp bán dẫn. Nếu bạn là sinh viên ngành điện – điện tử, kỹ sư trẻ, hay người đam mê công nghệ vi mạch và muốn bước chân vào lĩnh vực chip design, thì đây chính là điểm khởi đầu dành cho bạn.

BÀI 1: PHYSICAL DESIGN (PD) là gì ?