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在晶圓廠工作約 3 分鐘

IC 設計(VLSI)和晶圓廠的工作差在哪?

一句話:職缺上的 VLSI 通常指「設計晶片」,晶圓廠是「製造晶片」。設計的人在電腦上把電路寫出來、驗證、擺好;晶圓廠把這份設計,一層一層做到矽晶圓上。一個每天面對螢幕和模擬結果,一個每天面對機台、量測數據和不會停的生產線。

VLSI 是什麼?為什麼職缺都叫它?

VLSI 是 Very Large Scale Integration 的縮寫,中文叫「超大型積體電路」,意思是在一塊晶片上放進非常多的電晶體。現在一顆手機晶片裡就有上百億個。這個詞後來變成一整個領域的名字:大學的「VLSI 設計」課、職缺上的「VLSI 工程師」,講的多半是怎麼把這麼多電晶體設計成一顆會動的晶片。

設計一顆數位晶片,大致會經過這幾步:

  1. 規格:這顆晶片要做什麼、多快、多省電。
  2. 寫電路:用硬體描述語言(HDL)把電路的行為寫出來,寫起來有點像寫程式。
  3. 驗證:用模擬一遍一遍確認電路做的事是對的。這一步常常佔掉設計工作裡最大的一塊。
  4. 合成與實體設計:把寫好的電路變成一個個邏輯閘,再決定它們擺在晶片的哪裡、線怎麼連。
  5. 簽核與下線:檢查有沒有違反晶圓廠的設計規則、佈局跟電路圖一不一樣,沒問題就把最後的設計交給晶圓廠,這叫下線(tape-out)。

晶圓廠在做什麼?

下線之後,設計先做成一套光罩:每一層圖案一片,像照片的底片。接著晶圓在廠裡經過幾百道步驟:用光把光罩上的圖案印上去、把不要的地方削掉、長出一層層薄膜、磨平、清洗、量測,常常要好幾週到幾個月。晶圓廠裡的工程師管的是這些步驟做得穩不穩:機台、recipe、量測數據、還有半夜停下來的機台。七個製程區各在做什麼,可以讀「晶圓廠七個製程區各在做什麼?」。

兩邊差在哪?

IC 設計(VLSI)晶圓廠
在哪裡工作辦公室,電腦前無塵室和辦公室之間,常常要進無塵室
每天用的工具設計軟體(EDA)、模擬、程式語言機台、量測儀器、管制圖和大量數據
常見科系電機、電子、資工化工、材料、物理、化學、機械、電機
節奏跟著專案和下線的時程走機台 24 小時不停,常有輪班或值班 on-call
出錯的代價下線後才發現設計錯,可能要改光罩、重來一輪,花錢又花好幾個月一步做錯,整批晶圓可能要重工或報廢,還會卡住後面排隊的貨

這是常見的樣子,不是規定:設計公司也有人常跑晶圓廠,晶圓廠裡也有很多人整天在寫程式分析數據。各科系在晶圓廠裡做什麼,可以讀「什麼科系可以進晶圓廠?」。

兩邊在哪裡碰面?

設計和製造不是各做各的,至少有四個地方一定會碰面:

  • 設計規則:晶圓廠先告訴設計的人,線最細可以多細、兩條線最近可以多近。設計照著這些規則畫,晶圓廠才做得出來。
  • 下線:設計交出去的那一刻,是兩邊交接的那一條線。
  • 試產:新晶片最早的幾批是試產(遊戲裡在研發線做)。設計的人看測試結果,晶圓廠的人看是哪一步的問題。
  • 良率:做出來的晶片有多少是好的。良率不好的時候,要一起判斷是設計太貼近極限,還是製程沒做穩。

職缺上寫 VLSI,就一定是設計嗎?

不一定。有些職缺會把測試、封裝,甚至晶圓廠的工作也寫成 VLSI 或「半導體」。投履歷前,看職缺說明裡每天要做的事:用硬體描述語言寫電路、跑模擬,是設計;調 recipe、顧機台、看量測,是晶圓廠;寫測試程式、看每一顆晶片的結果,是測試。

怎麼選?

  • 喜歡寫程式、在電腦上模擬、把一個大問題拆成很多小方塊:比較像設計。
  • 喜歡看得到、摸得到的東西,喜歡在現場解問題、從數據裡找原因:比較像晶圓廠。
  • 兩個都喜歡:測試、產品工程、製程整合這些夾在中間的位子,每天兩邊都要懂一點。

在 fab24hr 裡

fab24hr 的主線「晶片的一生」從設計交出去之後開始:一家做助聽器的小公司第一次自己設計晶片,下線、做成光罩,你在研發線的第 1 到 5 章把它第一次做出來,看測試結果、判斷是哪一步的問題;之後它進量產廠、封測廠,最後到使用的人手上。「打工人的一天」則讓你在研發線、量產廠或封測廠當 31 個位子之一。遊戲裡的公司、晶片和人物都是虛構的;設計與製造的分工照公開的一般資料寫,每家公司的做法不一樣。

在 fab24hr 的主線「晶片的一生」裡,一家小公司自己設計的第一顆晶片下線之後,你在研發線上把它第一次做出來。

從第 1 章開始:一顆新晶片第一次進晶圓廠

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