先声明几件事，我在大学做科研工作，这次流片主要工作是在13年，做的是可自我修复软硬错误的FPGA芯片，TSMC 65nm制程，最终结果是成功的。写这篇回答一想记录下这段经历，若能对同学们有一点点价值，幸甚至哉。我们只做架构、前端设计和配套的CAD开发，后端外包给了专业的公司。由于是学生团队，望专家轻拍多赐教。出于保密原因，本文不能涉及敏感信息，以故事、经验和感触为主。
【背景】
话说我们当时在做一个为期三年的容错性FPGA研究。这个研究方向有价值，做的人少，我们又有积累，相对容易出成果。我之前的博士，用了两年时间提出了一种可以自我规避软硬错误的FPGA架构，顶会发表了成果，然后顺利毕业。欢送完师兄，才意识到可能我要为他背一个很大的锅--流片。
13年是该项目最后一年，按计划要将之前的成果流片验证，并且必须在14年四月前拿到芯片数据结束项目。学术界，不是自己的课题，流片是出力不讨好的。前期成果师兄经发表了，最终总结性成果是boss的。耗时耗力，成功了皆大欢喜，一旦搞砸还要背锅。而且这一年也是我博士最后一年，实验论文会议各种焦头烂额。
但处于一个技术人员对技术的本能渴望，终于boss找我谈流片计划时，欣然接受了。失败也没什么可怕的，我觉得作为一名技术人员，除了自己的无能，不应该恐惧任何事情。从四月学期伊始，带上三个师弟和一匹白马--不好意思没有马--开始了地狱般的流片之旅。
【故事正文】
所有项目的前期都是阳光明媚，四五月我时常和师弟们在校园的树荫下手握可乐，一边谈风和日丽，一边目光保护文学科的学妹们来来往往。研究室里也欢声笑语常在，我问学弟们Verilog写到哪了，他们问我架构定下了吗，我问助教什么制程die size多大，然而大家都不知道，互道还早还早，相视一笑哈哈哈。
转眼六月，boss已经决定将后端外包，我们大松了口气。之前有过两次自己layout失败的经验。第一次，我们画了几个月手动layout了自己的logic cell，包装成cell导入自动layout流程，结果到了deadline整体DRC也没通过，最后只装了几个简单的测试电路，但好在关键数据都顺利测得。另一次和一家知名日企合作，使用了他们实验性的FeRAM替代FPGA的SRAM，芯片回来，一个学生测试了半年也没有任何反应。现在回想起那个学生的无数个日夜，在灯光下独自一人尝试和一块石头交谈，依然感慨。学校里自己手动layout，多是模拟的同学。学校和企业不同，学生来去太快，很难沉淀下layout这种要求多年经验的手工艺。所以研究大规模数字电路的学术机构，还是要有自知之明，让专业的人做专业的事。
然而此时却发生了个意外，常年为日本学术界鞠躬尽瘁的老朋友富士通半导体，由于不景气和松下半导体部门合并，我们一直使用的e-Shuttle制程不能再用了。这让我们震惊又难过，富士通半导体一直通过VDEC，以很低的价格为学术界提供MPW流片服务。我们一度觉得那年的流片计划要取消了。然而平时憨态可掬啥事不管的大boss罕见地展示了他的力量，火速联系、谈妥了后端设计公司，通过后端公司搞定了TSMC的合作合同。这个过程异常艰难，预算资金、跨国合作、各种合同条款保密协议、多方斡旋，说短也差不多用了两个多月的时间。而TSMC的standard library到我们手，已经是八月。
这时重要的时间点就定下来了，研究期间限制14年三月必须拿到芯片，后端公司推荐了14年1月的TSMC流片计划，后端要求三个月设计时间，我们必须10月初交付前端设计文件，留给我们的只有仅仅两个月了。
好在三个学弟基础模块的Verilog已写好大半，两人负责FPGA Array，一人负责Controller。只要我用TSMC的standard library重新跑一边架构探索，再估算出预定的die size下FPGA的大小，就可以一气呵成完成代码。这个过程非常顺利，用我博士课题中开发的面向ASIC的FPGA IP CAD Flow，在十几台服务器中跑了一周Benchmark，在几十种自制FPGA Architecture找到了性能最佳的架构和尺寸。Flow的执行和数据回收、分析全程自动化，一切按设计运行，完美，心里给自己点了个赞。然而，我并不知道下面等待我的九月和十月将是我人生中最黑暗的两个月。
八月末，师弟们的FPGA整体组装已经初步完成，进入测试期。九月初我还参加了FPL2013，领域顶级会议，学术精英，在波尔图的酒庄品着红酒吹着牛。然而回来后各种问题在测试期爆发了，一片混沌。
下层模块的测试都还顺利，但我们必须要在交付后端前，做整片cover所有功能的完整的仿真。这就需要我尽快完成CAD的最后一个功能，为这次的FPGA编写bitstream生成器。FPGA部、I/O部，所有都是可编程的，20多万比特，要根据LUT的逻辑和FPGA Routing的结果，自动生成，一个都不可以差。并且，我们这款FPGA有自动纠错功能，指令模式多达十几种，针对每个命令都要有相应的bitstream。这部分工作量正常少说也要两三个月，但我们总共也没那么多时间了。(微信号：csf211ic)
这时候还开始增加需求了！因为预计到样片很有可能因为各种原因无法工作，为了把风险降到最低，boss要求利用多余引脚插入信号后门。一要可以随时查看内部寄存器的状态，二要可以通过多个点注入FPGA的configuration bit，保证即使一部分出了问题，依然有办法让剩下的部分工作。于是师弟们开始无日无夜的加电路代码，我无日无夜地搞这20多万个configuration bit，仿真。
仿真是噩梦，一次快速优化仿真要一个小时，但只能观测到提前指定的信号。一次完整的慢仿真要三个多小时。软件开发出身的我，习惯了一边debug一边改程序，按下run马上就可以定位问题所在。而我们的FPGA仿真一次三小时，如果我没算错一天不睡觉也只有八次机会而已。所以想想开发成本是和测试周期长度成正比的，高成本的医学生物研究一个周期几周到几个月，更高成本的农业更是要几个月到几年。面对这种困难，我采取的策略是执行前更认真地审查代码，尽量靠code review排除bug。出错了也不是急于翻代码，而是根据现象在脑中思索产生bug的所有可能性。再就是同时跑多组测试节省时间。那时候时间比什么都宝贵，不分昼夜每三个小时看一次仿真结果，分析，改程序，再跑。时间管理和硬件设计一样，并行、流水线、达芬奇睡眠法。
还有一个噩梦是data sheet。因为之前忙于开发，大家并没有准备data sheet。然而这次是外包后端，除了Verilog代码、约束，自然需要详细的data sheet给人查阅。我们在九月底忙得不可开交的时候，还同时写了大概有1000页纸的各部分电路说明、功能说明、约束说明。
一个九月基本没休息，好在最后大家拼命把该做的事都完成了。第一次仿真成功的时候，大家感动得不轻。一个Verilog测试电路，通过ODIN II综合、我们修改过的ABC mapping、TV-Pack打包、VPR布局，最后用我开发的EasyRouter布线并生成bitstream，下载到自己的FPGA中成功仿真出结果。我只想谢谢开源社区，谢谢师弟们，你们的工作太了不起了。
十月，如期和后端公司派来的工程师见面了。对方相当专业、谈吐干练，在我们眼里就像从天而降前来营救的海豹突击队员。当我们搬出1000多页的说明书，他们也惊呆了说没见过这仗势。我猜他们心里应该是万马奔腾的，你们给RTL和constrain就好了，谁要管这些。实际上专家们也有些轻敌了，他们并没预想到layout FPGA的困难。
大家知道timing是数字设计的一切，每个时钟的setup、hold time，关键path的propagation delay都要准确约束。然而FPGA在configuration之前，逻辑是不确定的，里面大量存在的timing loop足以让任何一个ASIC CAD工具报错甚至crash。加之我们还要求一些主要的routing channel和logic path尽量延迟一致。这都是其他类型芯片的Layout不存在的困难。通常我们自己仿真，会先加载benchmark的bitstream，自然就不会存在timing loop了。而做后端不能只为一个benchmark做约束，不能使用这一方式。最后我和对方的工程师用了大量精力，一起编写了几十个场景的约束，他们只要满足这些约束就可以。如果存在我们没考虑到的约束而导致流片失败，对方是不用负责任的。其实后端外包公司通常都不需要担心负什么责任，因为一旦失败，大多学术机构是没能力去追查责任在谁的。
中间还有一个插曲很惊险。后端公司起初告知我们可以使用的die size，忘了减掉I/O Pad的面积，而这些Pad几乎占了五分之一的可用面积。当他们发现这一问题，也有点慌张了，发邮件来问可不可以改设计，让FPGA Array小一点。我们也不可能有精力重做，很坚决的否定了。后来对方还是展现了强悍的专业风范，使用了CUP（circuit under pad），在模块缝隙中手动layout等绝技，把我们的FPGA塞了进去。后端公司的工程师们给我印象非常深刻，不知道他们会不会吐槽后悔接了这个苦差，也不知道他们是不是熬了很多个日夜。专业人士就是这样，接活，做完。看起来轻松，他们只是不会让你看见他们的辛苦。这世界不存在举手之劳这回事。
完全交付后端到14年三月收样片，封装，我们还设计了样片和VLSI测试平台中间的一块adapter board。我抽空完成了博士论文和答辩。和几乎所有答主提到的一样，紧张感肯定有的。但我看的比较开，从技术角度，我已经学到了很多。但最重要的，是我三月就能拿到学位，东窗事发可以随时跑路。好在一切顺利，我们的芯片最终正常工作。测试数据成功返回的瞬间，我是整个人瘫软在了椅子上，灵魂出窍，想起了NHK纪录片《电子立国自述转》中一位半导体前辈说的一段话：
“每次芯片tapeout的两三个月，心里是非常不安的，睡不好。随时都在想会不会有问题，哪里哪里对不对。芯片回来，第一次按RESET，心里的紧张到了极点，RESET松开，就是区别天堂和地狱的一瞬间。逻辑分析仪数字混乱，心情瞬间落入地狱，没人愿意说话。如果一切正常，人就像到了天堂，就像整个世界都在围绕自己旋转，就像我就是世界之王。”
（故事完）
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