??? 半導(dǎo)體行業(yè)的競爭始終在加速進(jìn)行，當(dāng)今市場對半導(dǎo)體器件的要求已經(jīng)發(fā)生了巨大變化。過去，用戶最注重的是器件性能，其次是功耗，最后才是價(jià)格。隨著半導(dǎo)體器件性能的不斷提高，尤其是中低端產(chǎn)品成為應(yīng)用主流，用戶更看重成本，其次是功耗，最后才是性能。特別自2002年以來，F(xiàn)PGA產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了巨大的增長，F(xiàn)PGA產(chǎn)品在容量和速度上都足以滿足大多數(shù)商業(yè)應(yīng)用的需求，尤其是在所謂的“非傳統(tǒng)”FPGA領(lǐng) 域；如果能不斷降低成本和功耗，F(xiàn)PGA在消費(fèi)電子、汽車電子、通信、廣播、工業(yè)等市場的應(yīng)用將更加廣泛。FPGA是一種通用邏輯器件，采用更先進(jìn)的工藝來提高性能、降低成本和功耗是其最佳途徑，在完成向65nm" title="65nm">65nm工藝轉(zhuǎn)型后，F(xiàn)PGA廠商將縮小線寬的競賽延伸到了45nm" title="45nm">45nm和32nm。10月23日，Altera公司技術(shù)開發(fā)副總裁Mojy Chian博士來到北京，在媒體座談會上介紹了該公司45nm IC的開發(fā)情況。
??? 45nm節(jié)點(diǎn)被稱為IC設(shè)計(jì)的分水嶺。它采用應(yīng)變硅工程(Strain engineering)，可提高晶體管性能40%以上，可以把更多的晶體管做到有效的面積里，密度提高近2倍，每個(gè)晶體管的成本每年降低25%~30%，可以帶來運(yùn)算性能和功耗雙方面的改進(jìn)；45nm已經(jīng)接近原子尺寸極限，光刻技術(shù)、晶體管的漏電、寄生電容等都是不容易解決的問題；芯片制造商在生產(chǎn)中引入了大批新穎、復(fù)雜且昂貴的生產(chǎn)技術(shù)，例如193nm浸沒式光刻，超低k薄膜以及高k電介質(zhì)。在此情況下，芯片研發(fā)成本至少提高了50%，掩膜成本提高了50%（45nm在＄3M以上）；IC設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝之間的耦合性越來越緊密，IC設(shè)計(jì)者更要關(guān)心底層工藝問題。特別地，無晶圓廠設(shè)計(jì)公司必須與他們的EDA工具廠商、代工" title="代工">代工伙伴密切合作。
??? Chian博士說，45nm相對65nm的優(yōu)勢要比65nm相對90nm的優(yōu)勢更大，開發(fā)難度也更高，器件開發(fā)過程中的泄漏管理、電壓飽和、變異管理、逆溫現(xiàn)象、加速低功耗轉(zhuǎn)換等技術(shù)都面臨挑戰(zhàn)。這些問題不是無法解決，但增加了開發(fā)成本，提高了代工廠商進(jìn)入的門檻。Altera通過選擇正確的合作伙伴、采用“硅片率先投產(chǎn)”的設(shè)計(jì)方法以及協(xié)作設(shè)計(jì)和工藝開發(fā)的方式來實(shí)現(xiàn)2008年45nm FPGA的量產(chǎn)。
正確的合作伙伴——臺積電
??? Altera與臺積電" title="臺積電">臺積電有13年多的合作歷史，順利地推出了90nm和65nm產(chǎn)品。Chian博士介紹說，雙方合作十分緊密，合作關(guān)系已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了客戶和供應(yīng)商的關(guān)系，它們更像一個(gè)大公司的兩個(gè)部門：Altera是IC設(shè)計(jì)部門，而臺積電則是晶圓生產(chǎn)部門。臺積電是繼Intel、三星、TI、ST和東芝之后的全球第6大半導(dǎo)體制造商，且前5個(gè)公司不經(jīng)營代工業(yè)務(wù)，所以臺積電實(shí)際上是世界上最具實(shí)力的代工廠商。臺積電在研發(fā)、產(chǎn)能和質(zhì)量控制方面都處于領(lǐng)先地位。對于Altera這樣的無晶圓廠半導(dǎo)體供應(yīng)商，與臺積電合作應(yīng)當(dāng)說是最好的選擇。
“硅片率先投產(chǎn)”設(shè)計(jì)方法
??? Altera的“硅片率先投產(chǎn)”設(shè)計(jì)方法(Design methodology for“first silicon to production”）可確保業(yè)界領(lǐng)先的性能和可靠性。其創(chuàng)新的可編程功耗技術(shù)，可允許一些不會被調(diào)用的晶體管暫時(shí)處于休眠狀態(tài)，當(dāng)再次被調(diào)用時(shí)，它們可以立刻恢復(fù)動力，使新一代芯片的功耗顯著降低；精確的晶體管模型，實(shí)現(xiàn)了最佳的器件性能；另外，Altera在設(shè)計(jì)階段就考慮到了器件的可靠性技術(shù)并內(nèi)置到芯片中，提高芯片生產(chǎn)時(shí)的成品率和惡劣環(huán)境下的可靠性。
??? Chian博士著重介紹了Altera的測試芯片" title="測試芯片">測試芯片硅片驗(yàn)證方法。測試芯片結(jié)合工藝建模、仿真，是“硅片率先投產(chǎn)”的基礎(chǔ)。測試芯片的目的是：驗(yàn)證創(chuàng)新的工藝改進(jìn)和電路設(shè)計(jì)方法；降低生產(chǎn)工藝和電路設(shè)計(jì)中的不確定性風(fēng)險(xiǎn)；測試芯片的性能余量，實(shí)現(xiàn)性能和可制造性的最佳平衡。Chian博士強(qiáng)調(diào)，Altera是通過測試芯片驗(yàn)證新的關(guān)鍵技術(shù)，而不是通過客戶驗(yàn)證。在90nm和65nm工藝節(jié)點(diǎn)，Altera都使用了9款測試芯片，確保了量產(chǎn)的第一顆芯片交給客戶正常使用。此次45nm節(jié)點(diǎn)Altera將使用8款測試芯片，目前已經(jīng)完成了4款45nm的測試芯片，在2008年產(chǎn)品正式推出之前還要測試4款芯片。
協(xié)作設(shè)計(jì)和工藝開發(fā)
??? Chian博士說，所有這些成績的取得都離不開臺積電的緊密合作。Altera與臺積電從2005年開始合作研制45nm FPGA，成立了12個(gè)聯(lián)合開發(fā)工作組，每一個(gè)工作組都有自己非常明確的目標(biāo)，解決新工藝中的某一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。每一個(gè)工作組都有來自Altera和臺積電的組長和員工，Altera和臺積電的項(xiàng)目經(jīng)理共同預(yù)測和管理設(shè)計(jì)過程中可能遇到的問題。這些聯(lián)合開發(fā)工作組在工藝和設(shè)計(jì)上一起努力，以縮短面市時(shí)間、提高性能、提高成品率、降低成本。
??? 45nm工藝節(jié)點(diǎn)雖然提高了IC 設(shè)計(jì)廠商和代工廠商的進(jìn)入門檻，但對FPGA是有利的，因?yàn)橐粋€(gè)45nm? ASIC的開發(fā)成本非常高、風(fēng)險(xiǎn)非常大，越來越多的客戶會在高昂的ASIC設(shè)計(jì)和前期費(fèi)用上不堪重負(fù)；隨著采用更低線寬的工藝節(jié)點(diǎn),如45nm、32nm，F(xiàn)PGA的性能不斷提高，F(xiàn)PGA與ASIC的界限將越來越不明顯，將有更多的ASIC設(shè)計(jì)人員轉(zhuǎn)向FPGA，可編程邏輯器件將贏得越來越多客戶的青睞。此外，從全球來看，未來五到十年，消費(fèi)者對3C融合業(yè)務(wù)的需求也將大大推動可編程邏輯市場的發(fā)展。我們期待Altera公司的45nm FPGA。