Trong hành trình chinh phục lĩnh vực thiết kế vi mạch tích hợp (IC), việc nắm vững những kiến thức và kỹ năng nền tảng là yếu tố then chốt giúp sinh viên xây dựng nền móng vững chắc cho các dự án phức tạp sau này. Với bài lab “CMOS Inverter Gate” thuộc học phần CAD Tools (kỳ học 3 – ngành Chip Design), sinh viên FPT Jetking có cơ hội tiếp cận sâu sát với quy trình thiết kế mạch số bằng công nghệ CMOS trên phần mềm chuyên nghiệp Cadence Virtuoso – công cụ chuẩn công nghiệp trong thiết kế chip hiện đại.
Giới thiệu bài lab “CMOS Inverter Gate”
Được hướng dẫn bởi ThS. Nguyễn Văn Thành Lộc – giảng viên chuyên ngành Chip Design tại FPT Jetking, bài lab “CMOS Inverter Gate” được xem là bài thực hành khởi đầu nhưng đóng vai trò vô cùng quan trọng trong chương trình đào tạo. Đây là cơ hội để sinh viên làm quen với các bước cơ bản trong quy trình thiết kế mạch tích hợp, từ việc xây dựng sơ đồ nguyên lý (schematic), tạo biểu tượng (symbol) đến thiết kế layout hoàn chỉnh và thực hiện các bước kiểm tra DRC, LVS.
Cổng đảo CMOS – một trong những thành phần cốt lõi của mọi mạch logic số – chính là đối tượng thiết kế chính trong bài lab này. Thông qua việc xây dựng cổng đảo từ đầu, sinh viên không chỉ hiểu rõ về hoạt động của transistor NMOS, PMOS mà còn làm chủ kỹ năng sử dụng Cadence Virtuoso – phần mềm thiết kế IC chuyên nghiệp đang được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp bán dẫn.
Mục tiêu của bài thực hành
Mục tiêu chính của bài lab là giúp sinh viên hoàn thiện thiết kế cổng đảo CMOS một cách toàn diện, thông qua các bước triển khai cụ thể trên phần mềm Cadence Virtuoso. Từ đó, người học sẽ nắm bắt được quy trình thiết kế backend trong lĩnh vực vi mạch – một kỹ năng không thể thiếu nếu muốn tham gia sâu vào ngành công nghiệp thiết kế chip.
Bài lab còn rèn luyện cho sinh viên khả năng kiểm tra và đảm bảo tính chính xác của thiết kế thông qua hai công cụ quan trọng:
- DRC (Design Rule Check): Kiểm tra layout có tuân thủ quy tắc thiết kế của nhà sản xuất chip hay không, từ đó đảm bảo khả năng sản xuất.
- LVS (Layout Versus Schematic): So sánh thiết kế layout với sơ đồ nguyên lý, xác minh sự tương thích và chức năng mạch.
Quy trình thực hiện bài lab chi tiết
Toàn bộ quá trình thực hành được triển khai theo các bước có tính hệ thống và logic. Sinh viên sẽ lần lượt thực hiện các nội dung sau:
- Thiết kế sơ đồ nguyên lý (schematic): Dùng Cadence Virtuoso để xây dựng sơ đồ mạch của cổng inverter sử dụng transistor NMOS và PMOS với kích thước phù hợp nhằm đạt hiệu năng tối ưu.
- Tạo biểu tượng (symbol): Sau khi hoàn thiện schematic, sinh viên sẽ tạo biểu tượng đại diện cho cổng đảo, phục vụ cho việc tái sử dụng trong các thiết kế phức tạp hơn sau này.
- Thiết kế layout: Bước chuyển đổi từ schematic sang layout là trọng tâm của bài lab. Sinh viên sẽ thực hiện bố trí các thành phần vật lý, tuân thủ nghiêm ngặt các design rules của công nghệ sử dụng.
- Thực hiện kiểm tra DRC: Công cụ DRC sẽ giúp phát hiện lỗi vi phạm các quy tắc thiết kế. Đây là bước quan trọng nhằm đảm bảo sản phẩm thiết kế đáp ứng yêu cầu của quá trình sản xuất chip.
- Thực hiện kiểm tra LVS: Tiếp theo là bước kiểm tra sự tương thích giữa layout và schematic, đảm bảo rằng thiết kế thực tế đúng với mong muốn ban đầu.
- Mô phỏng mạch: Cuối cùng, sinh viên sẽ mô phỏng cổng đảo CMOS để phân tích thời gian trễ, công suất tiêu thụ và kiểm tra tính đúng đắn trong hoạt động của mạch.
Thông qua bài lab “CMOS Inverter Gate”, sinh viên FPT Jetking được trang bị đầy đủ kiến thức lý thuyết và kỹ năng thực hành trong thiết kế vi mạch tích hợp – một trong những lĩnh vực công nghệ cao đầy tiềm năng phát triển. Việc sử dụng phần mềm Cadence Virtuoso giúp sinh viên làm quen với quy trình chuyên nghiệp như trong môi trường doanh nghiệp.
Không chỉ vậy, kỹ năng kiểm tra DRC và LVS còn giúp người học phát triển tư duy phân tích, phát hiện và giải quyết lỗi – yếu tố then chốt để thành công trong nghề thiết kế chip. Quan trọng hơn, bài lab này chính là bước đệm vững chắc để sinh viên tự tin bước vào các dự án thực tế phức tạp hơn trong các kỳ học tiếp theo.
Giảng viên Nguyễn Văn Thành Lộc