5、利用MATLAB设计计算模型以改善现代芯片参数与成本

利用MATLAB设计计算模型以改善现代芯片参数与成本

1. 引言

自1949年德国工程师Werner Jacobi为类似集成电路的半导体放大器件申请第一项专利，以及1958年Jack Kilby成功展示第一个可用集成电路以来，集成电路设计方法和技术取得了巨大进步。早期集成电路由少量晶体管组成，功能有限，且设计需手动完成，无有效计算工具，开发周期长。设计错误难发现，物理原型测试中发现错误后需重复整个流程，进一步增加了开发时间。

1971年4月英特尔推出的第一款微处理器Intel 4004是集成电路设计的重要里程碑。此后，微处理器的高计算能力被直接用于设计过程，以改进未来的微处理器。简单模型逐渐演变为更复杂、更贴近现实的模型，有助于在设计早期发现错误并加速修正。设计方法和工具的不断升级发展为计算机辅助设计（CAD）软件平台，能自动执行过去需手动完成的许多任务。

英特尔联合创始人戈登·摩尔在1965年的论文中描述了集成电路中组件数量的增长趋势，即从1958年集成电路发明到1965年，组件数量每年翻一番，他预测这一趋势至少会持续十年，这一预测后来被称为摩尔定律，如今被半导体行业用于长期规划和设定研发目标。

数字设计过程使用高度自动化的CAD工具，在设计参数明确的情况下，可显著缩短原型设计时间。但原始规格通常较为笼统，许多参数需在后续确定。确定缺失参数的过程是可行性研究或早期设计阶段的重要组成部分，合适的参数设置对最终原型至关重要。更复杂的集成电路需要定义更多参数，因此需要更多的分析和模拟工作，通常这一过程比现代CAD工具完成的物理设计耗时更长。

现代CAD工具包含的模型虽能紧密代表最终原型，但计算耗时过长。可行性研究和早期设计阶段需要相对简单且与现