2025年(集成電路設計與集成系統(tǒng))芯片設計試題及答案一、單選題（每題2分，共30分）1.在28nm工藝下，若標準單元高度為9T（Track），則金屬1（M1）的最小布線間距為0.09μm。若采用單向布線策略，M1僅允許水平走線，則下列關于M1布線資源的描述正確的是A.每微米垂直方向可提供11條有效走線B.每微米垂直方向可提供10條有效走線C.每微米垂直方向可提供9條有效走線D.每微米垂直方向可提供8條有效走線答案：B解析：0.09μm間距意味著1μm內可放置1/0.09≈11.1條走線，但第一條與最后一條需各占半間距，故有效走線為floor(11.1)=11，再減去1條邊界冗余，得10條。2.某SoC時鐘樹綜合后，全局時鐘網(wǎng)絡插入延遲為450ps，時鐘不確定性預算為60ps，若目標時鐘周期為1.25ns，則該時鐘網(wǎng)絡可接受的最大片上變化（OCV）降額因子為A.0.88B.0.92C.0.95D.0.98答案：C解析：可用預算=1.25ns?0.45ns?0.06ns=0.74ns；降額因子=0.74/1.25=0.592，但OCV降額針對建立時間檢查，需除以周期，再考慮庫文件kfactor，綜合得0.95。3.在FinFET工藝中，為了抑制短溝道效應，通常采用“柵極包覆”結構。若鰭高Hfin=25nm，鰭寬Wfin=8nm，等效氧化層厚度EOT=0.9nm，則亞閾值擺幅SS最接近A.62mV/decB.68mV/decC.75mV/decD.82mV/dec答案：B解析：SS=60mV/dec×(1+CDIT/Cox)，其中CDIT≈0.13，Cox≈3.9×8.85×10?12/(0.9×10??)=38mF/m2，計算得SS≈68mV/dec。4.某14nm處理器采用8TSRAM單元，讀端口采用獨立傳輸管。若讀位線預充電至0.8V，讀電流為35μA，位線電容為120fF，則讀訪問時間（位線擺幅100mV）約為A.240psB.290psC.340psD.390ps答案：C解析：Δt=C×ΔV/I=120fF×0.1V/35μA≈343ps。5.在數(shù)字APR流程中，使用“NDR”規(guī)則對時鐘網(wǎng)絡進行雙倍間距、雙倍寬度的約束，其主要目的是A.降低IRdropB.提高EM可靠性C.減小耦合電容D.抑制天線效應答案：B解析：雙倍寬度降低電流密度，雙倍間距降低層間電遷移，綜合提高EM壽命。6.某高速SerDes采用4tapDFE，其中首抽頭系數(shù)為0.65，若輸入信號峰峰值為800mV，則首抽頭對信號的最大電壓修正量為A.260mVB.520mVC.650mVD.800mV答案：A解析：修正量=0.65×800mV/2=260mV（單端）。7.在SystemVerilog斷言中，若要檢測“信號a在高電平后兩個周期內b必須拉高一次”，正確的斷言語句是A.assertproperty(@(posedgeclk)a|>[1:2]b);B.assertproperty(@(posedgeclk)a|>2b);C.assertproperty(@(posedgeclk)a2b);D.assertproperty(@(posedgeclk)a[1:2]b|>1'b1);答案：A解析：|>為重疊蘊含，[1:2]表示1到2周期內任意時刻出現(xiàn)b。8.某芯片采用雙電源域，VDD1=0.8V，VDD2=1.2V，中間通過電平轉換器通信。若轉換器采用級聯(lián)反相器結構，低電平域驅動高電平域，則級聯(lián)反相器的最小數(shù)目為A.1B.2C.3D.4答案：B解析：第一級反相器用低閾值低電壓器件，第二級用高電壓器件，兩級可完成電平抬升且避免柵氧過壓。9.在28nm工藝中，金屬層M2的厚度為0.14μm，寬度為0.1μm，電阻率為2.2×10??Ω·m，則每毫米長度的電阻約為A.220ΩB.440ΩC.660ΩD.880Ω答案：B解析：R=ρL/A=2.2×10??×10?3/(0.14×10??×0.1×10??)=440Ω。10.某ADC采用SAR結構，電容陣列總容值為2pF，若參考電壓為1V，比較器失調電壓為0.5mV，則該ADC最高可實現(xiàn)的ENOB約為A.9.0B.9.8C.10.5D.11.2答案：B解析：ENOB=(SNDR?1.76)/6.02，SNDR≈20log10(1V/0.5mV√12)=60dB，得ENOB≈9.8。11.在物理驗證中，出現(xiàn)“Metalslotwidth<0.14μm”的DRC違例，其根本原因是A.金屬密度不足B.金屬應力釋放C.金屬爬坡斷裂D.金屬刻蝕負載答案：B解析：Slot用于釋放金屬熱應力，防止剝離，寬度不足導致應力集中。12.某設計采用門控時鐘，時鐘門控單元（ICG）的setup時間為?80ps，hold時間為120ps，若時鐘周期為1ns，則數(shù)據(jù)到達ICG輸入端的最晚時間為A.920psB.880psC.800psD.720ps答案：A解析：負setup意味著數(shù)據(jù)可在時鐘沿后80ps到達，故最晚到達=1000?80=920ps。13.在14nmFinFET中，若鰭間距為42nm，鰭寬度為8nm，則單位面積鰭密度（每μm2的鰭數(shù)）約為A.240B.280C.320D.360答案：C解析：每μm長度可排1/(42nm)≈23.8鰭，每μm2=23.8×(1/0.042)=≈320。14.某芯片采用3DIC，TSV直徑為5μm，間距為10μm，則每mm2可集成TSV數(shù)量約為A.5kB.8kC.10kD.12k答案：C解析：每mm2=1/(10×10)×10?=10k。15.在UVM驗證環(huán)境中，若sequence使用`uvm_do_with宏并傳入約束“{datainside{[0:255]};}”，則該約束作用域為A.僅當前itemB.當前sequence所有itemC.當前sequencer所有sequenceD.全局constraint塊答案：A解析：`uvm_do_with僅對當前item隨機化生效。二、多選題（每題3分，共30分，多選少選均不得分）16.下列哪些技術可有效抑制動態(tài)功耗中的短路功耗A.提高閾值電壓B.降低電源電壓C.減小信號斜率D.插入低驅動單元答案：A、B解析：短路功耗∝(VDD?Vth)3，提高Vth、降低VDD均可抑制；減小斜率反而增加短路電流時間。17.關于時鐘抖動（Jitter）與偏移（Skew）的描述，正確的是A.Jitter是時間域隨機變量B.Skew是空間域確定性差值C.Jitter會隨溫度變化而增大D.Skew可通過時鐘樹綜合完全消除答案：A、B、C解析：Skew只能減小無法完全消除，受工藝、溫度、電壓影響。18.在DFT流程中，以下哪些屬于“測試覆蓋率損失”的常見原因A.多時鐘域跨域路徑未平衡B.存儲器BIST未使能C.模擬宏未包封WrapperD.邏輯冗余被工具優(yōu)化掉答案：B、C、D解析：跨域路徑影響atspeed測試，但不直接損失覆蓋率；BIST未使能導致存儲器無法測試；模擬宏無Wrapper無法掃描；冗余被優(yōu)化導致觀測點丟失。19.某高速接口采用8b/10b編碼，其技術特點包括A.直流平衡B.最大運行長度5C.可提供152個控制碼D.編碼效率80%答案：A、B、D解析：8b/10b共256數(shù)據(jù)+12控制碼=268，編碼效率8/10=80%，最大運行長度5。20.在模擬版圖匹配中，采用“共心匹配”結構可減小A.梯度誤差B.隨機失配C.熱梯度D.氧化層電荷漂移答案：A、C解析：共心匹配對線性梯度最敏感，可抵消一階梯度；隨機失配需增加面積。21.關于低功耗設計中的“狀態(tài)保持功率門控”（SRPG），正確的是A.保留寄存器使用高閾值單元B.斷電域喚醒后狀態(tài)可恢復C.需要隔離單元D.保持寄存器由alwayson電源供電答案：B、C、D解析：SRPG保留寄存器由獨立電源供電，非高閾值。22.在14nm以下工藝，使用“空氣間隙”（AirGap）作為層間介質的優(yōu)點有A.降低k值B.提高機械強度C.減小耦合電容D.降低RC延遲答案：A、C、D解析：空氣間隙k≈1，機械強度下降。23.下列哪些屬于“片上電感”在毫米波電路中的退化機制A.趨膚效應B.鄰近效應C.基板渦流D.自諧振頻率降低答案：A、B、C解析：自諧振頻率降低是結果而非機制。24.關于FinFET器件的“寬度量化”描述，正確的是A.最小寬度為一個鰭B.寬度增量為鰭高倍數(shù)C.導致模擬電路匹配困難D.可通過折疊鰭增加等效寬長比答案：A、C、D解析：寬度增量為鰭數(shù)量×2×Hfin，非簡單倍數(shù)。25.在UVM寄存器模型中，實現(xiàn)“前門訪問”與“后門訪問”差異包括A.前門需總線時鐘B.后門使用hierarchicalreferenceC.前門可觸發(fā)中斷D.后門可繞過寄存器鎖存答案：A、B、C、D解析：后門通過hdl_path直接讀寫，不消耗時鐘，但無法驗證時序。三、計算與簡答題（共40分）26.（8分）某65nm工藝下，一個反相器鏈驅動5pF負載，輸入電容為0.8fF，邏輯努力g=1，寄生努力p=1。若目標延遲為最優(yōu)延遲的1.2倍，請計算所需級數(shù)N與每級尺寸因子f，并給出最終輸入級尺寸與負載級尺寸關系。答案與解析：最優(yōu)級數(shù)N=ln(Cout/Cin)/ln(f)，f=e≈2.718，得N≈ln(5pF/0.8fF)/ln2.718≈8.7→取9級。允許延遲增大1.2倍，即f=f×1.2≈3.26?？偱=gbh=1×1×(5pF/0.8fF)=6250。每級努力f^N=F→3.26^N=6250→N=ln6250/ln3.26≈7.2→取8級。尺寸鏈：Cin,1=0.8fF；Cin,i+1=f×Cin,i；Cin,8=0.8fF×3.26^7≈5pF，吻合。輸入級尺寸保持1倍，負載級尺寸=5pF/0.8fF=6250倍，分8級指數(shù)增長。27.（8分）某SARADC采用分段電容陣列，高4位采用二進制權重，低4位采用C2C鏈，單位電容Cu=20fF，參考電壓Vref=1V。若比較器失調為1mV，要求DNL<0.5LSB，求允許的最大電容失配σ（單位%）。答案與解析：DNL=(σC/Cu)×Vref/LSB<0.5LSB。對于低4位C2C，最小LSB權重=1/2^4×Vref=62.5mV。得σC/Cu×1V<0.5×62.5mV→σC/Cu<3.125%?？紤]高斯分布3σ準則，σ=3.125%/3≈1.04%。28.（8分）某芯片采用PoP封裝，DRAM與SoC通過330球、間距0.4mm的BGA連接。若每信號球寄生電感為0.18nH，同時切換噪聲（SSN）預算為5%×1.2V=60mV，切換電流為80mA，上升時間tr=100ps，求允許的最大同時切換信號數(shù)N。答案與解析：ΔV=N×L×dI/dt→60mV=N×0.18nH×80mA/100ps→N≈42。29.（8分）給定一個3級放大器，增益分別為A1=10，A2=20，A3=5，每級帶寬BW1=100MHz，BW2=50MHz，BW3=80MHz，求總增益與總?3dB帶寬。答案與解析：總增益A=10×20×5=1000=60dB?？値?/BWtotal2=1/BW12+1/BW22+1/BW32=1/1002+1/502+1/802→BWtotal≈37.6MHz。30.（8分）某28GbpsNRZSerDes信道插入損耗在14GHz處為?18dB，若采用2tapFFE（抽頭系數(shù)+0.8?0.2），求輸出眼圖在14GHz處的相對提升（dB）。答案與解析：FFE傳遞函數(shù)H(ω)=0.8?0.2e^(?jωT)，T=1/28GHz。在14GHz處ωT=π，H=0.8?0.2(?1)=1.0，相對于無FFE增益=1.0/0.8=1.25→20log101.25≈1.94dB。信道損耗改善=1.94dB，眼高提升≈1.94dB。四、綜合設計題（共50分）31.（25分）設計一個適用于AI加速器的可擴展256×256脈動陣列MAC單元，要求：1.支持4×4子陣級聯(lián)，每子陣本地寄存器權重；2.采用14nmFinFET，電源電壓0.8V，目標頻率1GHz；3.輸入/權重8位有符號，輸出32位累加；4.考慮動態(tài)功耗<25mW每子陣，面積<0.01mm2每子陣；5.給出微架構圖、關鍵路徑、電源網(wǎng)絡、時鐘門控策略、DFT方案。答案與解析：微架構：4×4乘法器陣列采用Booth2壓縮，4:2CSA樹，32位超前進位加法器，寄存器文件雙端口SRAM256×8位，權重預載。關鍵路徑：Booth編碼→4:2CSA樹→CLA→累加寄存器，延遲=120ps（14nmFO4≈14ps），余量880ps，滿足1GHz。功耗：活動率α=0.25，Ceff=1.2pF，P=αCV2f=0.25×1.2p×