PDK

process design kit

  PDK： Process Design Kit（工艺设计工具包或者工艺设计套件），一般是 foundry 厂制造的描述半导体工艺细节的文件，供芯片设计EDA工具使用。客户会在投产前使用晶圆厂或IC设计公司的PDK，确保晶圆厂能够基于客户的设计生产芯片，保证芯片的预期功能和性能。PDK是芯片设计公司、芯片制造厂以及EDA工具厂沟通的桥梁。

  每个芯片代工厂的工艺都是独一无二的，同样的元器件，实现的细节差别很大。即便同一个芯片代工厂，不同制程的实现差异也很大。所以芯片设计公司用EDA软件设计好了芯片的电路图，电路图在代工厂流片之前，需要将电路图用代工厂的一个特定工艺的物理形式展现出来，而且还要测试验证。为了解决这个问题，于是引入了PDK。

  PDK 可以帮设计公司转换、测试、验证其设计，设计公司不需要过多地关注代工厂的工艺实现细节，只需要专注于设计。类似你买了一套乐高玩具，包含了很多基础积木块。你不需要关心基础积木块是如何制造出来的，你要关心的是如何用基础积木块拼成你想要的图形。同样的，设计公司根本不用关心代工厂的工艺实现细节，只需要专注地设计出自己想要芯片达到的功能和性能。

  PDK 是代工厂提供给客户的标准单元库，以方便客户的电路设计、仿真以及版图设计。每个芯片代工厂都有自己专有的 PDK library，和本工厂的特定制程工艺紧密结合。即使是同一个代工厂，开出一个新的半导体工艺时，也需要开发一套 PDK 用来反映制造工艺基本的“积木块”。所以说同一个代工厂，工艺越多那么相对应的 PDK 版本也会越多。PDK 用代工厂的语言定义了一套反映 foundary 工艺的文档资料，是设计公司用来做物理验证的基石，也是流片成败关键的因素。

  PDK 的用途说白了就是，用软件的形式去模拟代工厂一个特定工艺的物理实现，连接了芯片设计和芯片的工艺制造。一个工艺中，晶体管、接触孔，互连线等，物理是如何实现的，那么 PDK 都可以表示和“模拟”出来。有了 PDK，设计公司可以将自己的设计图用 PDK 模拟地制造出来，以此进行各种验证和测试。

  典型的 PDK 包含了原始的器件库、物理规则验证检查文件、技术文件、规则文件、器件模型，等等。具体如下：

原始的器件库:

• 符号（Symbol）

• 设备参数

• 参数化单元（Pcell）（Parameterized Cell，参数化单元）

物理规则验证检查文件:

• 设计规则检查

• 布局与原理图

• 物理参数（RC）提取

技术文件:

• 层、层名称、层/用途对

• 颜色、填充和显示属性

• 工艺限制

• 电气规则

• 在线设计规则

• 材料参数

设计规则文件和指南:

• 库交换格式（LEF）

• 工具相关规则格式

原始器件的仿真模型（通常是SPICE）:

• 晶体管

• 电容

• 电阻

• 电感

设计规则手册:

• 流程要求

PDK 还可能包括来自foundry厂、库供应商或内部的标准单元库:

• 抽象布局数据的LEF格式

• 符号(Symbol)

• 库 (.lib) 文件

• GDSII布局数据

  芯片设计工程师使用 PDK 进行设计、仿真、绘制和验证设计，然后将设计好的文件再发送给芯片 foundry 厂生产芯片。PDK 中包含了 foundry 厂特定工艺节点的所有规范，比如 TSMC 或者 Intel 的就不一样。所以芯片设计工程师在设计过程的早期就需要做好选择。准确的 PDK 将增加芯片流片一版成功的机率。大家都知道每增加一次流片，成本都会大大增加，尤其是大芯片，每一次流片都是千万或者上亿级别的。