Trong thế giới thiết kế vi mạch số( Digital IC Design), bạn có thể sẽ bắt gặp rất nhiều thuật ngữ như RTL, DV, Synthesis… và một trong số đó là PD, viết tắt của Physical Design, dịch ra là thiết kế vật lý. Vậy PD là gì, và nó đóng vai trò gì trong hành trình tạo ra một con chip?
Ở các bài viết trước, chúng ta đã tìm hiểu về quy trình thiết kế chip và hai khâu RTL & DV trong thiết kế Front-End. Bài này sẽ nhắc lại một cách ngắn gọn để các bạn chưa đọc vẫn có thể follow được.
Một con chip hiện đại, dù dùng trong điện thoại, xe hơi hay trung tâm dữ liệu, đều trải qua một quy trình thiết kế chặt chẽ, có thể hình dung qua các bước chính theo trình tự sau:
- Specification (Spec): Định nghĩa chức năng, hiệu năng và yêu cầu hệ thống cho chip.
- RTL Design: Thiết kế logic hành vi của chip bằng ngôn ngữ mô tả phần cứng như Verilog/SystemVerilog/VHDL – đây là công việc của Front-End.
- Design Verification: kiểm tra mã RTL bằng các kỹ thuật như mô phỏng, kiểm tra ngẫu nhiên (random test), kiểm tra trực tiếp (direct test)…để đảm bảo thiết kế đúng chức năng như yêu cầu. DV có thể được xem là phần “kiểm định chất lượng” của Front-End.
- Synthesis: Biến thiết kế logic (RTL) thành một mạng lưới cổng logic sử dụng thư viện của tiến trình sản xuất.
- Physical Design (PD): Chuyển mạng logic đó thành bố trí vật lý thực tế – công việc của khối Back-End.
- Fabrication: Gửi dữ liệu layout đến nhà máy để sản xuất chip trên silicon.
Về Tên Gọi
PD (Physical Design) là cách gọi phổ biến nhất, nhưng trên thực tế còn có những tên khác như Digital Layout hay PnR (Place and Route). Dù tên gọi có thể khác nhau nhưng đều chỉ chung một công đoạn trong thiết kế số.
Cần lưu ý rằng PD là tên gọi một công đoạn trong thiết kế số (digital design), và cần phân biệt rõ với các mảng khác như:
- Analog layout: layout cho mạch tương tự
- Memory layout: chuyên thiết kế layout cho các khối bộ nhớ như SRAM, DRAM…
- Standard cell layout: layout thư viện các cổng logic chuẩn (AND, OR, FF…)
Vị Trí Của PD Trong Quy Trình Thiết Kế
Như đã đề cập ở trên, PD nằm sau bước Synthesis và trước bước Fabrication, đóng vai trò trung tâm trong phần Back-End của quá trình thiết kế. Nếu Front-End là nơi xây dựng ý tưởng và chức năng logic cho chip, thì Back-End, cụ thể là PD, là nơi hiện thực hóa các ý tưởng đó bằng bố cục vật lý trên silicon.
Nói cách khác, PD là nơi biến những dòng code mô tả hành vi của mạch (RTL) thành một bản thiết kế hình học chi tiết, sẵn sàng để đưa vào sản xuất.
Điểm khác biệt cốt lõi giữa PD và các bước Front-End chính là góc nhìn thiết kế:
- Front-End tập trung vào chức năng – “chip sẽ làm gì?”.
- PD tập trung vào vật lý – “làm sao để chip hoạt động đúng trong giới hạn không gian, thời gian và năng lượng”.
Nhiệm vụ chính của PD là bố trí các khối logic, kết nối chúng lại bằng dây dẫn, đảm bảo toàn bộ thiết kế vừa vặn với kích thước chip, chạy đúng tốc độ yêu cầu, không tiêu thụ quá nhiều năng lượng và thỏa mãn tất cả các yêu cầu về đặc tính vật lý (characteristic requirements) của nhà máy (foundry) để có thể đưa vào sản xuất hàng loạt.
Có thể ví PD như công đoạn xây dựng một tòa nhà: nếu Front-End là kiến trúc sư vẽ bản vẽ ý tưởng, thì PD là kỹ sư công trình – người quyết định từng viên gạch, từng đường điện, nước, và đảm bảo toàn bộ công trình được thi công đúng kỹ thuật.
PD (Physical Design) là bước quan trọng trong quy trình thiết kế vi mạch số, giúp chuyển những dòng code logic thành một thực thể vật lý hoạt động được – chính xác, tối ưu và sẵn sàng cho bước sản xuất.
Nay sơ lược vậy thôi. Chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn về PD trong các bài viết tiếp theo nhé.
Dưới đây là chuỗi bài viết về Physical Design: Chuỗi bài viết về Physical Design
