芯片设计是将电子系统转化为物理集成电路的复杂过程，涉及多阶段协作与严格验证，可分为数字芯片设计和模拟芯片设计。芯片设计层级从上到下依次为系统层、RTL层、门级层、晶体管层、布局布线层和掩膜层。
芯片设计的输出物为掩模，即芯片设计的最终产物，用于光刻机进行光刻步骤。设计思路经历了从“自底向上”到“自顶向下”的转变，目前主流采用“自顶向下”思路，先进行系统级设计，再进行RTL级设计，最后完善下层设计。
芯片设计流程分为四个阶段：规格定义、系统设计、前端设计和后端设计。前端设计将芯片功能需求转化为电路逻辑，确保功能正确性；后端设计将前端设计转化为实际版图，考虑制造工艺约束、信号完整性和功耗管理。
芯片设计工具经历了从手工作业到ICCAD、CAE，再到EDA的发展过程。EDA贯穿芯片研发和生产周期，帮助工程师完成细分任务，提高设计效率、精度和成功率。全球EDA行业前三名为Synopsys、Cadence和SiemensEDA，市场占有率超过70%。
芯片设计市场规模庞大，2020至2024年间，全球复合增长率达9.8%，2024年市场规模突破4800亿美元。中国市场占比迅速提升至28%。芯片设计难度由芯片种类、功能和性能决定，高端数字芯片设计难度极大，成本高昂，需要专业技术团队和大量资金投入。
IP核是预先定义、经过验证且可重复使用的模块化功能单元，分为硬核、固核和软核，可大幅减少芯片设计工作量。芯片设计流程阶段包括：
- 规格设计：与客户沟通确定芯片功能、环境、算力、成本、功耗、接口、安全等级等需求，形成芯片规格说明书。
- 系统设计：架构工程师根据规格设计实现方案，包括芯片架构、业务模块、供电、接口、时序、性能指标、面积和功率约束等。
- 前端设计：使用硬件描述语言（如Verilog）进行RTL代码描述，进行仿真验证、逻辑综合、静态时序分析、形式验证等。
- 后端设计：基于网表进行布局规划、布局、时钟树综合、布线，进行寄生参数提取、信号完整性分析、静态时序分析、形式验证、后仿真、物理验证、功耗分析、工程变更、签核等。
- 流片：将物理版图以GDSⅡ文件格式交给晶圆厂进行试生产，制造样片。流片成功则进行批量生产，失败则评估降级或放弃。
最后结局取决于流片结果，成功则批量生产，失败则评估降级或放弃。
