أقوى علم سلسلة صناعة الرقائق، رقاقة مستقلة يمكن التحكم فيها تحليل متعمق (1)

الصفحة الرئيسية أخبار تسليط الضوء اليومي أقوى علم سلسلة صناعة الرقائق، رقاقة مستقلة يمكن التحكم فيها تحليل متعمق (1)

2022-03-17 230

إذا قال لك شخص ما: "مرحبًا، الشريحة التي صنعتها يمكن التحكم فيها ذاتيًا بنسبة 100%!" مهلا، لا تستعجلوا في عبادته (الإيمان) أولا. يرجى قراءة هذا المقال قبل أن تتحدث. ...

بداية، ما هو التحكم في النفس؟ الفهم الأكثر بديهية هو أنه عندما "يتعثر" الآخرون، فلن يتعثروا. تنقسم صناعة الدوائر المتكاملة عادةً إلى ثلاثة مجالات: تصميم الرقائق، وتصنيع الرقائق، واختبار العبوات. انظر الشكل التالي:

نحن نحللهم واحدًا تلو الآخر. يتم تحليل تصميم الرقاقة بشكل أساسي من ثلاثة جوانب: EDA وIP والتصميم. يتم تحليل تصنيع الرقائق بشكل أساسي من ثلاثة جوانب: المعدات والتكنولوجيا والمواد؛ يتم تحليل التغليف من خلال تصميم التغليف وتغليف المنتج واختبار الرقائق.

تصميم رقاقة

كيف تبدأ تصميم الشريحة؟ أولاً، تحتاج إلى أدوات (EDA)، ثم يمكنك البدء في تصميم الرقائق بمساعدة الموارد الموجودة (IP) وأفكارك وخططك الخاصة. هنا، سوف نقوم بتحليل تصميم الرقاقة من أدوات تصميم الرقاقة EDA، IP، وعملية تصميم الدوائر المتكاملة.

1.1 جمعية الإمارات للغوص

EDA (أتمتة التصميم الإلكتروني) تشير أتمتة التصميم الإلكتروني غالبًا إلى البرنامج المستخدم للتصميم الإلكتروني. قال لي أحدهم ذات مرة: "ما العيب في EDA؟ أليست مجرد أداة؟" نعم، إنها أداة، لكن بدونها لا يمكنك تصميم أي شيء! يمكن للدوائر المتكاملة واسعة النطاق اليوم أن تدمج أكثر من 100 مليون ترانزستور في ملليمتر مربع بحجم بذور السمسم، وهناك مئات الملايين من الشبكات المتصلة بين هذه الترانزستورات. تحتوي رقائق SoC السائدة اليوم على أكثر من 10 مليار ترانزستور. إذا لم تكن هناك أداة EDA دقيقة وقوية، فكيف يمكن تصميمها؟ EDA هي أداة أساسية لتصميم الرقائق. في الوقت الحاضر، تحتل Synopsys وCadence وMentor (Siemens EDA) أكثر من 90% من حصة السوق. وفي تصميم الرقائق المتطورة التي يقل طولها عن 10 نانومتر، تصل حصتها إلى 100%. وهذا يعني أنه يكاد يكون من المستحيل تطوير شريحة أقل من 10 نانومتر بدون أدوات EDA الخاصة بالشركات الثلاث المذكورة أعلاه. يوضح الجدول التالي أدوات EDA السائدة حاليًا في تصميم الرقائق:

ينقسم تصميم الشريحة إلى تصميم ومحاكاة وتحقق، وتنقسم أدوات EDA المقابلة إلى أدوات تصميم وأدوات محاكاة وأدوات تحقق. تحل أداة التصميم مشكلة بناء النموذج، أي من 0 إلى 1 (من الصفر)، بينما تحل أداة المحاكاة والتحقق مشكلة تأكيد النموذج، أي ما إذا كان 1 1 أو 0.9 أو 1.1. لذلك، من منظور تطوير EDA، يكون تطوير أدوات التصميم أكثر صعوبة. بالإضافة إلى ذلك، كلما زاد حجم التصميم، زادت متطلبات عقد العملية، وزادت صعوبة تطوير أدوات EDA. في الوقت الحاضر، حققت أدوات EDA المحلية بعض الإنجازات في بعض أدوات نقاط التحقق من المحاكاة، ولديها أيضًا أدوات العملية الكاملة في تصميم الدوائر التناظرية. ومع ذلك، لا تزال هناك فجوة كبيرة بينها وبين الشركات المصنعة الثلاث الكبرى في تصميم الدوائر المتكاملة واسعة النطاق، وخاصة في عملية تصميم الرقائق الرقمية المتطورة.

1.2 إب

IP (الملكية الذكية) تعني معنى حقوق الملكية الفكرية. في الصناعة، يشير هذا المصطلح إلى وحدة محددة مسبقًا، تم التحقق منها، وقابلة لإعادة الاستخدام يمكنها إكمال وظيفة محددة. IP هي الوحدة الأساسية لـ LSI، ويمكن القول أيضًا أن SoC هي تقنية تعدد إرسال تعتمد على IP الأساسي. بشكل عام، يتم تقسيم IP إلى النواة الصلبة، والنواة الناعمة، والنواة الصلبة. بشكل عام، تم تعيين النواة الصلبة لـ IP لعملية محددة، والتي تم التحقق منها من خلال تصنيع الرقائق. وهي تتمتع بخصائص المنطقة والأداء المتوقعين، ولكنها أقل مرونة. يتم تقديم قلب IP في HDL، وهو مرن، ولكن لا يمكن التنبؤ به في الأداء. تعمل نواة IP على تحسين أدائها ومساحتها من خلال التخطيط أو مكتبة العمليات العامة، وهي أكثر مرونة ويمكن التنبؤ بها من النواة الصلبة والنواة الناعمة، وهي بمثابة حل وسط بين النواة الصلبة والنواة الناعمة.

يوضح الجدول التالي أفضل 10 موفري IP في العالم في الوقت الحالي. يمكن ملاحظة أن الصين لديها متأهلان للتصفيات النهائية في المراكز العشرة الأولى، لكن الحصة السوقية المجمعة للشركتين تبلغ 10٪ فقط، في حين تمثل ARM وحدها أكثر من 3٪ من حصة السوق، بينما تمثل الشركات الأمريكية 40٪ من حصة السوق. حصة السوق. إذا استحوذت Nvidia على ARM، فسيكون سوق IP هو عالم الولايات المتحدة بشكل أساسي. وبالإضافة إلى ذلك، نجد أيضًا أن شركتي Synopsys وCadence، وهما أكبر شركتين في مجال EDA في العالم، تحتلان أيضًا المركزين الثاني والثالث في مجال الملكية الفكرية.

ويوضح الشكل التالي أنواع IP، حيث يمثل المعالج 51%، وIP الواجهة 22.1%، والطبقة الرقمية 8.1% وغيرها 18.8%. ARM، فئة المعالج، هي الوحيدة. Synopsys هي الشركة الرائدة في مجال واجهة IP.

1.3دورة التصميم

يمكن تقسيم تدفق تصميم الشريحة إلى تدفق تصميم IC الرقمي وتدفق تصميم IC التناظري.عملية تصميم IC الرقمي: تعريف الشريحة ← التصميم المنطقي ← التركيب المنطقي ← التصميم المادي ← التحقق المادي ← تسليم التخطيط.تشير مواصفات الشريحة إلى جعل وظيفة ومؤشر أداء الشريحة وفقًا للمتطلبات، واستكمال وثيقة مواصفات التصميم.يشير التصميم المنطقي إلى تحقيق التصميم المنطقي على مستوى RTL (مستوى التسجيل والنقل) استنادًا إلى لغة وصف الأجهزة، ويتم التحقق من الوظيفة الصحيحة عن طريق التحقق المنطقي أو التحقق الرسمي.يشير التوليف المنطقي إلى تحويل RTL إلى قائمة شبكة على مستوى البوابة بهدف محدد، وتحسين تأخير قائمة الشبكة والمساحة واستهلاك الطاقة.يشير التصميم المادي إلى عملية ترتيب وتوصيل قائمة الشبكة على مستوى البوابة وفقًا للقيود وأخيرًا إنشاء التخطيط، والذي يتضمن أيضًا: استيراد البيانات ← تخطيط التخطيط ← تخطيط الوحدة ← تركيب شجرة الساعة ← الأسلاك.

استيراد البيانات هو ملف البرنامج النصي الذي يوجه قيود netlist والتوقيت المتكاملة، وملف المكتبة المقدم من المسبك.
يشير التخطيط إلى عملية تخطيط مواضع وحدات الإدخال/الإخراج ووحدات الماكرو والوحدات الرئيسية الأخرى على الشريحة.
تخطيط الخلية هو عملية وضع الخلايا القياسية تلقائيًا وفقًا لقائمة netlist وقيود التوقيت.
يشير تركيب شجرة الساعة إلى عملية إدخال المخزن المؤقت للساعة، وإنشاء شبكة الساعة وتقليل تأخير الساعة وانحرافها.تشير الأسلاك إلى عملية توصيل كل وحدة تلقائيًا وفقًا لعلاقة الدائرة في ظل الظروف المقيدة لعدد طبقات الأسلاك وعرض الخط وتباعد الأسطر.

يتضمن التحقق المادي عادةً التحقق من قواعد تصميم التخطيط (DRC)، والتحقق من اتساق المخطط التخطيطي (LVS) والتحقق من القواعد الكهربائية (ERC).

يشير Tape Out إلى نقل ملفات التخطيط إلى المسبك لإنشاء أنماط القناع وإنتاج الرقائق على أساس صحة جميع عمليات الفحص والتحقق.عملية تصميم IC التناظرية: تعريف الشريحة ← تصميم الدائرة ← تصميم التخطيط ← التحقق من التخطيط ← تسليم التخطيط.

من بينها، تعريف الشريحة وتسليم التخطيط هما نفس الدوائر الرقمية، بينما يختلف IC التناظري في تصميم الدوائر وتصميم التخطيط والتحقق من التخطيط والدوائر الرقمية.يشير تصميم الدوائر التناظرية إلى تصميم هيكل الدائرة التناظرية على مستوى الترانزستور وفقًا لمتطلبات النظام، ويتم التحقق من وظيفة وأداء الدائرة بواسطة SPICE وأدوات المحاكاة الأخرى.

تصميم التخطيط التناظري هو رسم هندسة التخطيط المتوافقة مع مخطط الدائرة وفقًا لقواعد التصميم، ومحاكاة وظيفة التخطيط وأدائه.

التحقق من التخطيط التناظري هو التحقق من قواعد العملية والقواعد الكهربائية والتحقق من اتساق مخطط دائرة التخطيط.وهنا دعونا نلخص الأمر بشكل بسيط:

تصميم الرقاقة: بدعم من أدوات EDA، تكتمل عملية تصميم الرقاقة بأكملها عن طريق شراء ترخيص IP + البحث والتطوير المستقل (التطوير التعاوني) IP واتباع عملية المحاكاة والتحقق الصارمة لتصميم الدوائر المتكاملة. في هذه العملية، EDA، IP وعملية التصميم الصارمة لا غنى عنها.

في الوقت الحاضر، من بين هذه العناصر الثلاثة، تعد عملية التصميم هي أول عملية يمكنها تحقيق التحكم الذاتي.يسرد الجدول التالي أفضل 10 شركات لتصميم الرقائق في العالم للرجوع إليها.

تصنيع الرقائق

في الوقت الحاضر، يعد تصنيع الرقائق الصناعة ذات أعلى عتبة في صناعة الدوائر المتكاملة. كيف تنظر إلى العتبة؟ كلما زاد الاستثمار، قل عدد اللاعبين، وارتفعت العتبة. في الوقت الحاضر، لم يتبق سوى TSMC وSAMSUNG وIntel في تصنيع الرقائق المتطورة. أدناه، نقوم بتحليل تصنيع الرقائق من ثلاثة جوانب: المعدات والتكنولوجيا والمواد، ونبحث عن الفجوة بيننا وبين تكنولوجيا التصنيع المتقدمة.

2.1 معدات

يحتاج تصنيع الشريحة إلى أكثر من 2,000 عملية تكنولوجية لإتمامها، وتعتمد كل خطوة على معدات محددة لتحقيقها.هناك ثلاث عمليات رئيسية في تصنيع الرقائق: الطباعة الحجرية الضوئية، والحفر، والترسيب. يتم تعميم العمليات الثلاث الرئيسية بشكل متكرر في عملية الإنتاج، وأخيراً يتم تصنيع الرقائق المؤهلة.يتم استخدام ثلاثة معدات رئيسية في العمليات الرئيسية الثلاثة، وهي: جهاز ضبط محاذاة القناع، وآلة النقش، ومعدات ترسيب الأغشية الرقيقة. وتمثل المعدات الثلاثة الرئيسية حوالي 22%، و22%، و20% من إجمالي استثمارات المعدات، وهي معدات أشباه الموصلات الثلاثة ذات النسبة الأعلى.

خذ آلة ضبط ونقش القناع الأكثر شيوعًا كأمثلة لتقديم وتحليل إمكانية التحكم الذاتي.

آلة النقش الضوئي

يشبه مبدأ مصفف القناع في الواقع جهاز عرض الشرائح، أي أنه يتم تسليط الضوء على رقاقة مغلفة بمادة مقاومة للضوء من خلال قناع (يُسمى أيضًا قناع) مزود بمخطط كهربي. وفي أواخر الستينيات، بدأت شركتا نيكون وكانون اليابانيتان في دخول هذا المجال، ولم يكن مصفف الأقنعة أكثر تعقيدًا من الكاميرات في ذلك الوقت.

EVU قناع aligner EUV الطباعة الحجرية فوق البنفسجية القصوى (Extreme Ultra-Violet) هي تقنية طباعة حجرية من الجيل الجديد تستخدم الطول الموجي للأشعة فوق البنفسجية القصوى (EUV)، بطول موجة يبلغ 13.5 نانومتر. ونظرًا لأن دقة الطباعة الحجرية تبلغ عدة نانومترات، فإن الأشعة فوق البنفسجية تتطلب تركيزًا عاليًا للغاية من الضوء، وهو ما يعادل حمل مصباح يدوي لإضاءة بقعة القمر بما لا يزيد عن عملة معدنية واحدة. يجب أن يكون طول المرآة الانعكاسية 30 سم مع تذبذب أقل من 0.3 نانومتر، وهو ما يعادل تقلب مسار السكة الحديد من بكين إلى شنغهاي بأقل من 1 مم. يزن جهاز تقويم قناع EUV 180 طنًا، ويحتوي على أكثر من 100,000 جزء، ويحتاج إلى 40 حاوية للنقل، ويستغرق التثبيت والتصحيح أكثر من عام. في عام 2000، كانت شركة Nikon اليابانية هي الرائدة في مجال مصففات الأقنعة، وبحلول عام 2009، كانت ASML متقدمة جدًا بحصة سوقية تبلغ حوالي 70%. في الوقت الحاضر، ASML فقط هي التي يمكنها توفير مصفف القناع الأكثر تقدمًا. في الداخل، تمتلك شركة Shanghai Microelectronics (SMEE) بالفعل قناعًا لمحاذاة بدقة 90 نانومتر، ويجري حاليًا تطوير قناع جديد.

إخلاء المسؤولية: هذا المقال مستنسخ من "مختارات كونفوشيوس". تمثل هذه المقالة فقط آراء المؤلف الشخصية، ولا تمثل آراء Sacco Micro والصناعة. إنه مخصص فقط لإعادة الطباعة والمشاركة لدعم حماية حقوق الملكية الفكرية. يرجى الإشارة إلى المصدر الأصلي والمؤلف عند إعادة الطبع. وفي حالة وجود أي مخالفة يرجى التواصل معنا لحذفها.

هاتف الشركة: +86-0755-83044319
فاكس/فاكس: +86-0755-83975897
بريد إلكتروني: 1615456225@qq.com
س: 3518641314 مدير لي
ف ف: 332496225 مدير تشيو
العنوان: الغرفة 809، المبنى C، مبنى Zhantao Technology، رقم 1079 شارع Minzhi، منطقة Longhua الجديدة، Shenzhen

من منافذ هواكيانغبي إلى منصات البيع بالتجزئة عبر الإنترنت: أوجه التشابه والاختلاف بين منصات شراء المكونات الإلكترونية ونموذج هواكيانغبي

لتالي

مقابلة مع جودي ليو من شركة Slkor: الفوز بثلاث جوائز مبيعات للوافدين الجدد من خلال تبسيط الأمور