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先進(jìn)工藝推進(jìn)至3nm,10nm以下的成熟工藝有開源的可能嗎?

lPCU_elecfans ? 來源:未知 ? 2022-12-19 07:10 ? 次閱讀
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電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道(文/周凱揚(yáng))在晶圓廠的諸多資產(chǎn)中,光刻機(jī)等各種設(shè)備決定了是否能制造出先進(jìn)芯片的硬件實(shí)力,而PDK(工藝設(shè)計(jì)套件)則決定了工藝細(xì)節(jié)、差異化和可靠性,可以說是每個(gè)晶圓廠的軟實(shí)力。Fabless客戶在生產(chǎn)前必須使用晶圓廠提供的PDK,確保晶圓廠能夠靠他們的設(shè)計(jì)成功流片,并實(shí)現(xiàn)預(yù)期的PPA目標(biāo)。
然而,這些PDK往往都是封閉保密的,客戶需要簽訂保密協(xié)議才能獲取到PDK,否則這些套件都被封閉在授權(quán)服務(wù)器或密碼保護(hù)的下載網(wǎng)站上。對(duì)于現(xiàn)在這個(gè)開源盛行的軟件生態(tài)來說,確實(shí)顯得有些格格不入了。但這畢竟是商業(yè)機(jī)密,做此保護(hù)可以理解,但也有的晶圓廠開始推出開源PDK。

開源PDK的過去

晶圓廠本身的專有與封閉特質(zhì)其實(shí)也有商用EDA工具廠商的功勞,首先EDA的廠商的數(shù)量相較芯片設(shè)計(jì)公司來說遠(yuǎn)算不上多,而且就只有那么幾家占據(jù)主導(dǎo)地位,對(duì)于晶圓廠來說,要想做到全部支持無疑是癡人說夢(mèng),所以還不如限制支持的工具數(shù)量。
然而早在20世紀(jì)晶圓制造的熱潮初期,有不少設(shè)計(jì)工具都是開源的,直到后來才逐漸轉(zhuǎn)變成所謂的設(shè)計(jì)軟件。當(dāng)時(shí)的MOSIS基金會(huì)推出了一個(gè)半開放式的PDK,名為SCMOS,支持到了數(shù)個(gè)晶圓廠和工藝。
可之所以稱之為半開放,就是因?yàn)樵揚(yáng)DK使用了較為保守的規(guī)則,并沒有給到生產(chǎn)極限,器件模型和參數(shù)可不是順手可得的,而是也得與MOSIS簽訂保密協(xié)議。如今用SCMOS PDK設(shè)計(jì)的IP庫雖然仍可以提供,但MOSIS已經(jīng)不再繼續(xù)為這些PDK提供支持了,所以基本是不可生產(chǎn)的。這也就和一些大學(xué)的學(xué)術(shù)PDK一樣,目前處于一個(gè)名存實(shí)亡的境地。

90nm的開源PDK已成現(xiàn)實(shí)

而到了2020年,Google和SkyWater推出的SKY130 PDK則做到了更進(jìn)一步,不僅提供的是該工藝節(jié)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)規(guī)則,還有SRAM和閃存單元這類特殊規(guī)則,以及所有器件模型和參數(shù)等等。今年7月,谷歌又宣布加深與SkyWater的合作,將開源工藝推進(jìn)至90nm,推出了SKY90-FD PDK,讓開放MPW計(jì)劃的參與者們都能用上SkyWater的FDSOI CMOS工藝。
這種開源PDK成功卸載了大量與EDA工具支持有關(guān)的工作,靠開源社區(qū)的開發(fā)者互相提供支持,并通過各種各樣的工具來利用這些工藝。開發(fā)者社區(qū)會(huì)自行修復(fù)發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤,補(bǔ)全缺失的功能,也無需簽署任何保密協(xié)議。
有了SkyWater珠玉在前,一些晶圓廠也開始察覺到開源PDK和MPW項(xiàng)目不僅可以促進(jìn)開源項(xiàng)目發(fā)展,也能充分利用那些現(xiàn)在看來不那么先進(jìn)的工藝產(chǎn)能。于是格芯也加入了谷歌出資打造的這個(gè)開源芯片生態(tài)中,拿出了自己的180nm,推出了GF180MCU這一開源PDK。
除了數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)單元庫外,GF180MCU還提供了低中高壓器件模型、SRAM、I/O和基本元件(電阻電容、晶體管)單元庫。不僅可以用于打造電機(jī)控制器、RFID,還能用于打造通用MCU和PMIC。

結(jié)語

雖然開源PDK和MPW已經(jīng)初見苗頭了,但要說目前提供的工藝水平的話,還是稍顯落后的,主要還是用來給初創(chuàng)企業(yè)與學(xué)研界驗(yàn)證一些較為簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì),所以10nm到28nm左右的工藝想要開源明顯還不現(xiàn)實(shí)。
但這里的“落后”僅僅是針對(duì)3nm、5nm等最先進(jìn)的工藝而言的,要知道,像180nm工藝的晶圓依舊有著每年1600萬片的出貨量。不過隨著先進(jìn)工藝不斷往前趕,未來幾年內(nèi)40nm以下的開源PDK還是有可能陸續(xù)出現(xiàn)的。
與此同時(shí),中國(guó)也應(yīng)該加大這方面的投入,這并不是要求每個(gè)項(xiàng)目都做到“一生一芯”的程度,也不要求每個(gè)參與者都能流片出“香山”這樣的處理器,但這樣的開源芯片計(jì)劃無疑對(duì)于人才培養(yǎng)能起到推動(dòng)作用,畢竟國(guó)內(nèi)的制造水平早就可以滿足180nm的需求了。

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原文標(biāo)題:先進(jìn)工藝推進(jìn)至3nm,10nm以下的成熟工藝有開源的可能嗎?

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