IP、芯片构架、指令集是什么？有什么联系？
IP是Intellectual Property（知识产权）的缩写，它是一个很大的概念，包括内容IP（比如小说、电影、游戏的内容、人物形象和标识等）、品牌IP（漫画改编的电影《十万个冷笑话》，海外作品改编和翻拍，如翻拍《奇怪的她》的《重返20岁》）等。下图中的紫薯大叔形象也是一种IP。IP是可以深度挖掘开发，并变现成现金的。
这方面，腾讯有话说，因为它在国内做得最好，把明星IP生生地变成摇钱树树或印钞机。在芯片设计领域，IP的内涵也是相当宽泛的，包括架构、指令集、芯片内部电路设计等，都属于IP，受到知识产权法律保护。一句话，只要是芯片公司独立开发的东西，不管是芯片内核还是制程工艺，申请了专利，都属于IP。那么题主说的架构和指令集又是什么关系呢？CPU的算术逻辑单元（ALU）在进行计算操作时，需要将计算分解为许多小的步骤，每一个步骤要用到一行执行语句，这个执行语句就是指令，诸多指令的集合就是指令集。
打个形象的比方，指令集相当于电脑能说能读的语言，和人类社会中的英语、汉语、法语等语言类似，特定的语言为特定的人群使用。同样地，特定的指令集为特定的CPU使用，X86芯片的指令集属于CISC体系，AＲM的芯片则属于RISC体系。正因为指令集和CPU如此亲近的关系，所以指令集手册都是用汇编语言写成。架构则涵义宽泛，当说体系架构时，实际说的是指令集体系，当说微架构时，指的又是CPU内部的结构，包括缓存大小、单元设计等。
其实，只要稍微关注芯片产业的发展历史，就会发现一个规律，芯片架构几乎两三年更新一次，而且一个架构可以延伸出多个产品，但指令集却多年不变。英特尔的Sunny Cove架构涵盖了第10代处理器，包括酷睿i3、i5、i7三大系列，数十款产品，但指令集和前几代架构相比，基本未变，仅增加了一套全新的支持深度学习加速技术的指令集。
据说A11处理器有55亿个晶体管，工程师是如何设计这么多晶体管的？
现在手机SoC芯片的晶体管数量动辄百亿个，“愚公移山”拼体力一秒画一个，根本不可能。现在的高端芯片设计，已经和体力活说拜拜，设计流程分工极细，设计过程自动化程度极高，这样才能避免芯片上市，“黄花菜”都凉了的尴尬。下面以数字芯片为例，为大家简单捋一捋芯片设计的过程。两大流程，SoC芯片设计流程可以分为前端和后端，前端负责逻辑设计、输出门级网表（netlist），后端进行物理设计，输出版图（layout），然后将版图传给芯片厂制造（tapeout）。
顺带说一句为什么传版图给芯片厂叫tapeout。在早期，芯片设计公司都是用磁带（tape）存储芯片版图文件，需要制造时将磁带送到芯片厂，所以叫“tapeout”。这个词一直沿用到现在，即使现在传送版图文件的方式多样化了。说白了，这是芯片文化的反映，和计算机的“bug”叫法一样，最早就是电子管大型机时代，工程师清扫追寻电子管亮光而被烤死的飞虫，排除飞虫导致的电路故障。
后来，“bug"不再指真实世界中的虫子，而是指软件漏洞。说回芯片设计流程。芯片设计两大流程前面说的芯片前端设计，又可细分为行为级、RTL级、门级，行为级描述电路功能，RTL级描述电路结构，门级描述门这一级电路的结构。芯片后端设计是将前端设计产生的门级网表通过EDA工具进行布局布线，以及物理验证，最终产生供芯片厂制造使用的版图文件。
芯片设计版图详细描述了电路结构，即哪些地方该保留，哪些地方该腐蚀，哪些地方是连线。芯片制造厂将版图制作成光学掩膜，即可用光刻机制造芯片。上述过程理解比较费力，可以用熟悉的杂志出版打个简单的比方：前端设计相当于编辑根据选题计划，挑选投稿，编辑处理，并确定哪些稿件排在重要位置（封面文章），哪些稿件仅是填补版面的酱油角色。
后端设计的任务，则是将选好的稿件，排成版面，做成版面图文件，交给印刷厂付印。简单说，芯片前端设计相当于编辑选稿、处理稿件，后端设计相当于版面编辑排版。芯片设计之所以要分前端和后端，主要是因为芯片特别是高端SoC芯片结构太复杂了。实际上，专业分工是否精细是衡量一个行业复杂度的两大重要指标之一，另一个指标就是自动化程度是否高。
芯片设计就是一个高度自动化的行业，从前端到后端，都离不开EDA软件（Electronic Design Automation，即电子设计自动化）。芯片设计公司在DEA软件平台上完成芯片的前后端设计，不需要手工画电路图。EDA主要由美国的Cadence和Synopsys公司提供，两家公司都能提供前端和后端设计软件。
目前国内的芯片设计公司包括华为海思、中兴、展讯等企业，都离不开Cadence和Synopsys公司的EDA软件平台。为什么非得用Cadence和Synopsys的？因为这两家公司在行业发展几十年，EDA软件功能完备、生态完整，好用。那么，如何用EDA软件设计芯片呢？芯片设计七大步，有两步看不到电路第一步，用Verilog编写电路，这个过程是看不到电路图的，就是一堆描述性语言，以代码形式呈现。
第二步，跑数字仿真，用到的工具有VCS或MMSIM等工具。仿真的目的是看写出来的设计能不能正常工作，这个过程也看不到电路，还是一堆源代码。第三步，跑完仿真后，将源代码转换成标准单元电路（Standard Cell）。第四步，用IC-Compiler等工具进行布线，就是把标准单元电路找到对应的位置，用软件进行自动连线，这个过程需要和芯片的制造工艺进行辅助配合。
第五步，再将标准单元电路填入图形，按设计需求连线，形成版图图形。第六步，完成版图后，还不能马上交付芯片厂生产，谁知道那些单元的连线没连好，造成噪音干扰，导致功耗升高、性能降低。为了消灭潜在bug，需要分别进行设计规则验证、和布局与原理图验证。第七步，两大验证通过后，就可以把版图制成GDSII电子文件，交给芯片厂流片（小批量试制）。
第八步，流片后对芯片检测，如果芯片功能正常，符合设计要求，OK，让芯片厂大规模生产。可以看出，芯片整个设计过程共有7个大步骤，全程都通过EDA软件在电脑上完成，不存在工程师手工一个一个画电路图的情形，甚至在前端设计的部分阶段，设计者根本不用考虑晶体管长什么样、有多大，在后端，设计者也不会去数该芯片含有多少晶体管，而由软件自动统计。
