I+D y diseño de semiconductores

De la evidencia científica al silicio abierto.

Conecta literatura, patentes, materiales, litografía, metrología, experimentos, física de dispositivos, circuitos, RTL, verificación e implementación con PDK públicos en un espacio de trabajo trazable.

Entrada de evidencia

Planificación experimental

Arquitectura y verificación RTL

Matriz sistólica 4 × 4 · síntesis gestionada real
Matriz sistólica de 4 × 4 en vista isométrica con activaciones y pesos INT8 con signo

Estudio de ejemplo

De “pequeño motor de IA” a una jerarquía sintetizada real.

El estudio se entiende de un vistazo —los números fluyen por una rejilla—, pero ejercita las disciplinas que hacen real el diseño abierto de chips: interfaces, aritmética con signo, ancho de acumulación, reset, temporización del movimiento de datos, lint, síntesis, procedencia y límites de implementación honestos.

16

Elementos de procesamiento en paralelo

Jerarquía sistólica de 4 × 4 conservada

16 MAC/ciclo

Paralelismo arquitectónico máximo

Una vez que el frente de onda llena la matriz

64 / 64

Salidas de referencia coincidentes

Modelo de ciclos independiente frente a la referencia entera

12.961

Celdas genéricas de Yosys

937 secuenciales y 12.024 combinacionales

01

Encargo de diseño

Empieza con una idea de chip reconocible

El encargo es un pequeño motor de inferencia de IA: multiplicar dos matrices enteras con signo de 4 × 4 mientras muchos elementos de procesamiento pequeños trabajan en paralelo.

02

Arquitectura

Diseña el movimiento de datos

Las activaciones INT8 con signo se mueven en horizontal, los pesos INT8 con signo en vertical, y cada elemento de procesamiento acumula en un resultado de 24 bits.

03

Modelo numérico

Haz visible el frente de onda

Un modelo de ciclos muestra 64 operaciones de multiplicación-acumulación barriendo la matriz en diagonal y contrasta cuatro matrices con una referencia entera.

04

Corrección dirigida

Deja que el control encuentre un defecto real

El primer lint gestionado se detuvo por dos comparaciones sin signo redundantes. Vicena conservó el fallo, eliminó solo esas comparaciones y dejó la arquitectura sin cambios.

05

Cómputo gestionado

Sintetiza el RTL corregido

Verilator 5.032 superó el lint, Yosys 0.52 no informó de ningún problema de comprobación y la netlist gestionada conservó las 16 instancias con nombre de elementos de procesamiento.

06

Evidencia de diseño

Inspecciona lo que realmente se construyó

La jerarquía, la netlist, la composición de celdas lógicas genéricas, las sumas de comprobación, la ficha y la procedencia exacta del trabajo quedan disponibles para revisión y para la siguiente etapa de implementación.

Artefactos del flujo real

Arquitectura, comportamiento y netlist cuentan la misma historia.

El cuaderno comienza con el modelo comprensible del chip, hace visible el frente de onda paralelo, comprueba la referencia aritmética y termina con figuras extraídas de la netlist Yosys gestionada.

Resultados trazables
Diagrama isométrico de la arquitectura de un multiplicador de matrices sistólico INT8 con signo de 4 × 4

Un pequeño motor de IA hecho de 16 procesadores que cooperan

Las activaciones y los pesos entran por ejes distintos. Cada elemento de procesamiento realiza multiplicación-acumulación 8 × 8 con signo y conserva un resultado de 24 bits.

Temporización ciclo a ciclo del frente de onda de 64 operaciones de multiplicación-acumulación en 16 elementos de procesamiento

El cálculo avanza como una onda

El mapa temporal hace concreta la concurrencia: cuatro productos internos recorren cada fila y columna mientras la diagonal activa avanza por la matriz.

Mapas de calor con error cero para cuatro comparaciones independientes del modelo de ciclos de la matriz sistólica con la referencia

Cada resultado del modelo de ciclos coincidió

Cuatro casos de matrices —incluidos extremos con signo— produjeron 64 coincidencias exactas con la referencia entera. Es evidencia del modelo de ciclos, no simulación RTL.

Jerarquía de la netlist Yosys gestionada que conserva 16 elementos de procesamiento

La netlist gestionada conservó la matriz

La netlist real contiene un controlador superior, un bus de resultados y 16 instancias jerárquicas systolic_pe_8x24, no un dibujo conceptual aplanado.

Composición real de celdas Yosys independientes de la tecnología y gráfico de escalado arquitectónico

Composición real de la lógica sintetizada

El gráfico se extrae del netlist.json gestionado: 12.961 celdas independientes de la tecnología, divididas en 937 secuenciales y 12.024 combinacionales.

Ficha de síntesis gestionada de una matriz sistólica INT8 con signo de 4 × 4

Una ficha conecta la intención con la evidencia

La arquitectura, el ancho aritmético, el comportamiento del reset, la referencia numérica, el lint, la síntesis, la jerarquía, los recuentos de celdas, el ID del trabajo y los límites científicos permanecen juntos.

Flujos de I+D conectados

Las preguntas de investigación, la evidencia de proceso y los artefactos de diseño permanecen conectados.

El desarrollo de semiconductores abarca mucho más que RTL. Vicena puede mantener conectados litografía, metrología, defectos, materiales, experimentos, física de dispositivos, circuitos e implementación del chip sin exagerar lo que demuestra cada flujo.

Panorama del proceso EUV con contorno de CD, riesgo de defectos, incertidumbre, DOE medido y marcadores de la siguiente prueba

Desarrollo de procesos de litografía

Analiza matrices de foco-exposición, curvas de Bossung, ventanas de proceso, respuesta de CD, variabilidad estocástica y los siguientes puntos DOE.

Descomposición de la firma de oblea con el mapa medido, la tendencia radial, el campo residual y el perfil radial

Mapas de oblea y analítica metrológica

Descompone las firmas a nivel de oblea en tendencias radiales, residuos, efectos de campo, valores atípicos, CDU, overlay, espesor de película y distribuciones de defectos.

Mapa de incrustación de morfologías de defectos con firmas de defectos semiconductores agrupadas

Análisis de defectos y fallos

Agrupa morfologías de defectos, conecta cambios de proceso con hipótesis de fallo y prepara planes de pruebas dirigidos para su revisión.

Mapa de compromisos de materiales con rendimiento de proceso, margen de compatibilidad, evidencia y candidatos de Pareto

Materiales y química de procesos

Evalúa candidatos por compatibilidad, riesgo de residuos, desgasificación, solubilidad, peligros, rendimiento de proceso y evidencia de apoyo.

Visualización de imagen aérea, contorno de resina, perfil y pendiente del borde

Modelado de imagen aérea y contorno de resina

Explora cómo la geometría del patrón, los supuestos de la fuente, el comportamiento del umbral, los contornos impresos y la pendiente del borde afectan a las decisiones de litografía.

Conjunto estocástico de bordes de línea, distribución de CD y análisis de robustez para litografía de semiconductores

Variabilidad estocástica y robustez

Visualiza conjuntos de bordes de línea, distribuciones de CD, incertidumbre de proceso y robustez frente a variaciones de foco, dosis y material.

Paquetes científicos

Los paquetes científicos detrás del diseño digital, físico y de dispositivos.

  1. Icarus Verilog

    12

    Simulación RTL

    Compila bancos de pruebas de Verilog y SystemVerilog, los ejecuta con vvp y genera formas de onda VCD inspeccionables.

  2. Verilator

    5.032

    Análisis lint de SystemVerilog

    Encuentra problemas de sintaxis, anchura, signo, lógica inalcanzable y otros fallos RTL antes de síntesis o implementación.

  3. Yosys

    0.52

    Síntesis lógica

    Transforma RTL en netlists independientes de la tecnología e informa de la jerarquía, las celdas, las memorias y las comprobaciones estructurales.

  4. OpenROAD

    banco de trabajo público 26Q3

    Diseño físico de RTL a GDS

    Lleva los diseños adecuados por floorplanning, colocación, síntesis del árbol de reloj, enrutado, temporización e implementación con PDK públicos.

  5. KLayout

    Inspección de layout y GDS

    Genera e inspecciona layouts GDS y apoya la verificación física en plataformas públicas de semiconductores.

  6. DEVSIM

    2.10

    Simulación de dispositivos semiconductores

    Resuelve las ecuaciones de deriva-difusión y otras ecuaciones de dispositivo para diodos, transistores, materiales, contactos y características eléctricas.

Capacidades científicas

Un camino de los algoritmos hacia el silicio abierto.

Vicena puede conectar varias capas de diseño de código abierto manteniendo separadas sus afirmaciones: referencia matemática, comportamiento RTL, síntesis lógica, física de dispositivos, circuitos e implementación física.

Entrada de evidencia

Convierte preguntas técnicas tempranas en informes de literatura citados, mapas de patentes, comparaciones de materiales y listas de preguntas abiertas.

Planificación experimental

Convierte evidencia e hipótesis en tablas DOE, planes de metrología, controles, criterios de aceptación y recomendaciones para las siguientes pruebas.

Arquitectura y verificación RTL

Desarrolla diseños Verilog, interfaces explícitas, comportamiento de reset, pipelines, estrategias de prueba, comprobaciones de lint y referencias numéricas.

Ejecución de cuadernos

Usa cuadernos reproducibles para ventanas de proceso, mapas de oblea, métricas de defectos, modelos sustitutos y análisis de datos que puedan inspeccionarse más tarde.

Artefactos de decisión

Genera informes técnicos, tablas CSV, figuras, cuadernos, notas de compatibilidad, borradores de métodos e informes listos para revisión.

Síntesis lógica de código abierto

Usa flujos gestionados de Verilator y Yosys para inspeccionar avisos, jerarquía, netlists, celdas genéricas y comprobaciones de síntesis.

Implementación con PDK públicos

Lleva los diseños adecuados hacia floorplanning, colocación, enrutado, temporización, DRC/LVS y estudios RTL a GDS reproducibles basados en OpenROAD.

Investigación de dispositivos y electrónica de potencia

Conecta modelos de dispositivos DEVSIM, circuitos ngspice, electrónica de control y flujos abiertos de semiconductores sin confundir sus niveles de evidencia.

Disciplina de evidencia

La corrección forma parte del registro.

La calidad de producción no es la ausencia de avisos. Es la capacidad de detenerse ante un problema real, cambiar solo lo que la evidencia respalda y conservar los artefactos exitosos y fallidos necesarios para auditar la decisión.

La síntesis gestionada exitosa es el trabajo de Vicena lca3fe665ef84a8617eb71ce8b3b61df0f.
Verilator 5.032 superó el lint; Yosys 0.52 (fee39a3284c90249e1d9684cf6944ffbbcbb8f90) terminó sin ningún problema de comprobación.
Se recuperaron netlist.json y netlist.v gestionados con sus sumas de comprobación SHA-256 registradas.
El primer fallo de lint permanece en la procedencia, y el cuaderno final identifica la corrección exacta de dos líneas en vez de borrar la iteración.

Límite científico

Un RTL sintetizado no es un chip fabricado.

! Las 64 coincidencias exactas proceden de un modelo de ciclos independiente en Python, no de una simulación RTL gestionada ni de una prueba de equivalencia formal.
! Las celdas indicadas son celdas lógicas Yosys independientes de la tecnología, no área de celdas estándar caracterizadas.
! No se usaron PDK abiertos, bibliotecas de temporización Liberty, floorplan, colocación, enrutado, extracción, análisis estático de temporización, DRC/LVS ni análisis de potencia.
! Este estudio no afirma nada sobre frecuencia de reloj, cierre de temporización, potencia, área física, fabricabilidad, rendimiento de silicio ni preparación para tapeout.

Empieza con tu diseño

¿Qué debería hacer tu próximo chip abierto?

Describe el comportamiento y las restricciones. Vicena puede estructurar el diseño, elegir el flujo abierto adecuado y mantener visible cada capa de verificación.