WiFi-7片上系统如何设计 射频芯片开发 4nm工艺参考流程解析

当射频芯片设计团队面对WiFi-7系统高频、高集成度和严苛能效要求时，是否曾为传统设计流程无法有效应对版图相关效应和复杂电磁干扰而苦恼？5G/6G片上系统的设计复杂性日益增加，需要更准确、更全面的建模及仿真功能。是德科技、新思科技和Ansys携手为台积电先进4nm射频FinFET制程打造的全新参考流程，为这些问题提供了系统化解决方案，助力RFIC半导体设计加速发展。

为什么WiFi-7系统设计需要新方法？

WiFi-7系统对射频前端元器件和收发信机的性能要求达到了前所未有的高度。更大带宽（支持更多设备联网）、更短通信延迟和更广覆盖范围的需求，使得传统设计方法难以应对。特别是当电路频率提升、尺寸缩小后，版图相关效应成为设计过程中的主要挑战，通过物理方式研发高速设计的传统方式遇到重重障碍。

电磁干扰问题在更高频率下尤为突出。随着射频频率攀升至毫米波和亚太赫兹范围，设计人员面临着优化功率、空间占用、可靠性和性能等多重物理场挑战。这些因素共同导致设计周期延长，甚至可能影响*终产品的可靠性和性能。

设计效率需求也日益迫切。市场竞争要求快速推出产品，而传统工具和工作流程已无法满足当前WiFi-7片上系统和射频子系统设计的需求。设计人员需要更**的工具来应对新的版图相关效应，并确保设计一次成功。

新参考流程有哪些核心组件？

这套面向台积电N4PRF制程的参考流程集成了三大厂商的**技术，形成了完整的射频设计解决方案。新思科技定制编译器设计和版图环境构成流程基础，提供低噪声放大器（LNA）和LC调谐压控振荡器（LC VCO）等关键设计组件的严格验证能力。

是德科技PathWave ADS RFPro提供快速、交互式的电磁电路联合仿真和分析，帮助设计人员在开发早期就发现并修复版图相关效应。其PathWave RFIC设计（GoldenGate）支持在早期芯片设计和验证过程中进行谐波平衡仿真，大大缩短了调试周期。

Ansys解决方案则专注于多物理场挑战。Ansys Totem提供热感知签核电迁移验证和电源完整性分析（EM/IR），而RaptorX和Exalto提供电磁建模功能，并具有独特的CUI功能，可显著减少空间占用。VeloceRF还为多层螺旋电感器、平衡-不平衡转换器/变压器和传输线等电磁器件提供全自动芯片版图合成。

工具类别	提供厂商	核心工具	主要功能
设计与验证环境	新思科技	定制编译器	提供设计和版图环境，关键组件验证
电路仿真	新思科技	PrimeSim解决方案	提供签核准确度电路仿真
电磁分析	是德科技	PathWave ADS RFPro	快速、交互式电磁电路联合仿真
多物理场签核	Ansys	Totem, RaptorX, Exalto	热感知电迁移验证、电源完整性分析、电磁建模
自动化设计	Ansys	VeloceRF	全自动芯片版图合成

如何实际应用这个参考流程？

在实际设计过程中，该参考流程提供了端到端的工作流程。设计人员首先在新思科技定制编译器环境中进行电路设计和版图规划，利用其丰富的元件库和设计规则检查功能确保基础设计的正确性。

电磁仿真阶段，工程师使用是德科技RFPro进行交互式电磁分析，提前发现潜在的版图相关效应。这个过程中，快速反馈机制允许设计人员即时调整参数并查看效果，大大减少了传统设计流程中反复迭代的时间消耗。

多物理场验证是确保设计可靠性的关键步骤。通过Ansys工具套件，设计团队可以同时分析热效应、电源完整性和电磁兼容性，确保芯片在真实环境中的稳定运行。这种协同仿真能力避免了传统分段验证可能遗漏的跨领域问题。

签核阶段采用统一的标准和流程，确保设计符合台积电N4PRF制程的严苛要求。整个流程的紧密集成减少了数据转换和兼容性问题，提高了*终设计的一次***。

设计效率提升了多少？

这一参考流程的效率提升体现在多个方面。设计交付时间显著缩短，通过自动化工具和集成环境，减少了手动操作和重复工作。特别是在版图设计阶段，效率提升尤为明显。

准确性提升同样重要。新流程提供了更高的预测准确度，能够更**地模拟实际芯片行为。这对于一次性设计成功至关重要，避免了昂贵的重新设计和流片成本。

协同工作效率得到改善。开放的设计环境使不同团队能够更有效地协作，并行开展工作。设计人员、验证工程师和工艺专家可以在统一平台上共享数据和见解，加速决策过程。

根据实际应用反馈，采用这一参考流程的项目在整体开发周期上比传统方法缩短了约30-40%，同时提高了设计质量和可靠性。这种效率提升对于快速变化的市场需求尤为重要。

个人观点：射频设计流程的未来发展

在我看来，这一合作模式代表了EDA行业的发展方向。单一厂商很难提供所有**解决方案，通过开放合作整合各家优势工具，能为设计人员提供更全面的支持。这种生态系统approach可能会成为未来复杂芯片设计的主流模式。

AI驱动设计将是下一个前沿领域。新思科技与是德科技已经推出了AI驱动的射频设计迁移流程，帮助客户从台积电N6RF+向N4P工艺迁移。人工智能技术在电路优化、参数调整和布局规划方面的应用，将进一步加速设计过程并提高结果质量。

云原生EDA工具也值得关注。随着设计复杂性和数据量的增加，本地计算资源可能成为瓶颈。云计算提供的弹性资源和协作能力，将使设计团队更容易获得所需的计算能力，并支持全球分布团队的协同工作。

从更广阔的视角看，设计-制造协同优化将变得更加重要。台积电作为制造伙伴深度参与参考流程的开发，确保了设计工具与制造工艺的紧密匹配。这种协同可能扩展到更多环节，实现从设计到生产的无缝衔接。

然而，工具集成挑战仍然存在。不同厂商工具之间的数据交换和接口标准化需要持续改进，以提供更流畅的用户体验。此外，人才培养也需要跟上技术发展，设计人员需要掌握多工具使用和跨领域知识。

成本考量同样不容忽视。先进EDA工具的授权费用相当高昂，这可能限制中小型设计公司的采用。未来可能需要更灵活的授权模式或云端服务来降低入门门槛。

随着半导体技术向3nm及以下节点发展，射频设计将面临新的挑战和机遇。三维集成和异构封装等技术将要求设计工具提供更强大的多物理场分析和系统级仿真能力。

**数据视角：根据是德科技提供的信息，使用这一参考流程的设计团队能够将射频设计效率提升40%以上，同时将设计错误减少60%。这些改进直接转化为产品上市时间缩短和开发成本降低，为厂商在激烈的市场竞争中提供了显著优势。