Ilmu rantai industri chip terkuat, analisis mendalam chip yang independen dan dapat dikontrol (1)

Beranda Berita Sorotan Harian Ilmu rantai industri chip terkuat, analisis mendalam chip yang independen dan dapat dikontrol (1)

2022-03-17 230

Jika seseorang berkata kepada Anda, "Hei, chip yang saya buat 100% dapat dikontrol sendiri!" Tunggu, jangan terburu-buru untuk menyembah (percaya) dia dulu. Silakan baca artikel ini sebelum Anda berbicara. ...

Pertama-tama, apa yang bisa dikendalikan sendiri? Pemahaman yang paling intuitif adalah ketika orang lain “terjebak”, mereka tidak akan terjebak. Industri sirkuit terpadu biasanya dibagi menjadi tiga bidang: desain chip, pembuatan chip, dan pengujian paket. Lihat gambar berikut:

Kami menganalisisnya satu per satu. Desain chip terutama dianalisis dari tiga aspek: EDA, IP, dan desain. Pembuatan chip terutama dianalisis dari tiga aspek: peralatan, teknologi dan material; Kemasan dianalisis mulai dari desain kemasan, kemasan produk dan pengujian chip.

desain chip

Bagaimana cara memulai desain chip? Pertama, Anda memerlukan alat (EDA), kemudian Anda dapat memulai desain chip dengan bantuan sumber daya yang ada (IP) serta ide dan rencana Anda sendiri. Di sini kita akan menganalisis desain chip dari alat desain chip EDA, IP, dan proses desain sirkuit terpadu.

1.1 EDA

EDA (Electronic Design Automation) Otomatisasi desain elektronik, sering kali mengacu pada perangkat lunak yang digunakan untuk desain elektronik. Ada yang pernah bilang ke saya, “Ada apa dengan EDA? Bukankah itu hanya sebuah alat?” Ya, ini adalah sebuah alat, tetapi tanpanya, Anda tidak dapat mendesain apa pun! Sirkuit terpadu berskala besar saat ini dapat mengintegrasikan lebih dari 100 juta transistor dalam satu milimeter persegi seukuran biji wijen, dan terdapat ratusan juta jaringan penghubung di antara transistor-transistor tersebut. Chip SoC arus utama saat ini memiliki lebih dari 10 miliar transistor. Jika tidak ada alat EDA yang akurat dan kuat, bagaimana cara merancangnya? EDA adalah alat penting untuk desain chip. Saat ini, Synopsys, Cadence dan Mentor (Siemens EDA) menguasai lebih dari 90% pangsa pasar. Dalam desain chip kelas atas di bawah 10 nanometer, pangsanya bahkan mencapai 100%. Artinya, hampir tidak mungkin mengembangkan chip di bawah 10nm tanpa alat EDA dari ketiga perusahaan di atas. Tabel berikut menunjukkan alat EDA arus utama dalam desain chip:

Desain chip dibagi menjadi desain, simulasi dan verifikasi, dan alat EDA yang sesuai dibagi menjadi alat desain, alat simulasi, dan alat verifikasi. Alat desain menyelesaikan masalah pembuatan model, yaitu dari 0 ke 1 (dari awal), sedangkan alat simulasi dan verifikasi menyelesaikan masalah konfirmasi model, yaitu apakah 1 adalah 1 atau 0.9 atau 1.1. Oleh karena itu, dari perspektif pengembangan EDA, pengembangan alat desain lebih sulit. Selain itu, semakin besar skala desain, semakin tinggi persyaratan node proses, dan semakin sulit mengembangkan alat EDA. Saat ini, alat EDA dalam negeri telah mencapai beberapa prestasi dalam beberapa alat titik verifikasi simulasi, dan mereka juga memiliki alat proses lengkap dalam desain sirkuit analog. Namun, masih terdapat kesenjangan besar antara mereka dan tiga produsen besar dalam desain sirkuit terpadu skala besar, terutama dalam proses desain chip digital kelas atas.

1.2 IP

IP (Intelligent Property) merupakan singkatan dari arti hak kekayaan intelektual. Dalam industri, ini mengacu pada modul yang telah ditentukan sebelumnya, terverifikasi, dan dapat digunakan kembali yang dapat menyelesaikan fungsi tertentu. IP adalah unit dasar LSI, dan SoC bahkan dapat dikatakan sebagai teknologi multiplexing berdasarkan inti IP. Secara umum, IP dibagi menjadi hard core, soft core dan solid core. Umumnya, hard core IP telah dipetakan ke proses tertentu, yang telah diverifikasi oleh manufaktur chip. Memiliki karakteristik area dan kinerja yang dapat diprediksi, namun kurang fleksibel. Inti IP dikirimkan dalam HDL, yang fleksibel, namun kinerjanya tidak dapat diprediksi. Inti IP mengoptimalkan kinerja dan areanya melalui tata letak atau pustaka proses umum, yang lebih fleksibel dan dapat diprediksi dibandingkan inti keras dan inti lunak, dan merupakan kompromi antara inti keras dan inti lunak.

Tabel berikut menunjukkan 10 penyedia IP teratas di dunia saat ini. Terlihat bahwa Tiongkok memiliki dua finalis dalam 10 besar, namun pangsa pasar gabungan kedua perusahaan hanya 3%, sementara ARM sendiri menguasai lebih dari 40% pangsa pasar, sedangkan perusahaan Amerika menguasai 30% pangsa pasar. pangsa pasar. Jika ARM diakuisisi oleh Nvidia, pasar IP pada dasarnya adalah dunia Amerika Serikat. Selain itu, kami juga menemukan bahwa Synopsys dan Cadence, dua perusahaan EDA terbesar di dunia, juga menempati posisi kedua dan ketiga di bidang IP.

Gambar berikut menunjukkan jenis-jenis IP, di mana prosesor menyumbang 51%, IP antarmuka menyumbang 22.1%, kelas digital menyumbang 8.1% dan lainnya menyumbang 18.8%. ARM, kelas prosesor, adalah satu-satunya. Synopsys adalah pemimpin industri dalam antarmuka IP.

1.3siklus desain

Aliran desain chip dapat dibedakan menjadi aliran desain IC digital dan aliran desain IC analog.Proses desain IC digital: definisi chip → desain logika → sintesis logika → desain fisik → verifikasi fisik → pengiriman tata letak.Spesifikasi Chip mengacu pada pembuatan indeks fungsi dan kinerja chip sesuai dengan kebutuhan, dan melengkapi dokumen spesifikasi desain.Desain Logika mengacu pada realisasi desain logika pada tingkat RTL (Register-Transfer Level) berdasarkan bahasa deskripsi perangkat keras, dan fungsi yang benar diverifikasi dengan verifikasi logika atau verifikasi formal.Sintesis Logika mengacu pada transformasi RTL menjadi netlist tingkat gerbang dengan target tertentu, dan optimalisasi penundaan netlist, area, dan konsumsi daya.Desain Fisik mengacu pada proses pengaturan dan pengkabelan netlist tingkat gerbang sesuai dengan batasan dan akhirnya menghasilkan tata letak, yang juga mencakup: impor data → perencanaan tata letak → tata letak unit → sintesis pohon jam → pengkabelan.

Impor data adalah file skrip yang memandu netlist terintegrasi dan batasan waktu, serta file perpustakaan yang disediakan oleh pengecoran.
Tata letak mengacu pada proses perencanaan posisi unit input/output, unit makro, dan modul utama lainnya pada chip.
Tata letak sel adalah proses penempatan sel standar secara otomatis sesuai dengan netlist dan batasan waktu.
Sintesis pohon jam mengacu pada proses memasukkan buffer jam, menghasilkan jaringan jam, dan meminimalkan penundaan dan penyimpangan jam.Pengkabelan mengacu pada proses penyambungan otomatis setiap unit sesuai dengan hubungan rangkaian di bawah kondisi batasan jumlah lapisan pengkabelan, lebar saluran, dan jarak saluran.

Verifikasi Fisik biasanya mencakup pemeriksaan aturan desain tata letak (DRC), pemeriksaan konsistensi diagram skema tata letak (LVS), dan pemeriksaan aturan kelistrikan (ERC).

Tape Out mengacu pada transfer file tata letak ke pengecoran untuk menghasilkan pola topeng dan menghasilkan chip dengan premis bahwa semua pemeriksaan dan verifikasi sudah benar.Proses desain IC analog: definisi chip → desain sirkuit → desain tata letak → verifikasi tata letak → pengiriman tata letak.

Diantaranya, definisi chip dan pengiriman tata letak sama dengan rangkaian digital, sedangkan IC analog berbeda dalam desain rangkaian, desain tata letak, verifikasi tata letak, dan rangkaian digital.Desain sirkuit analog mengacu pada desain struktur sirkuit analog tingkat transistor sesuai dengan kebutuhan sistem, dan fungsi serta kinerja sirkuit diverifikasi oleh SPICE dan alat simulasi lainnya.

Desain tata letak analog adalah menggambar geometri tata letak yang sesuai dengan diagram rangkaian sesuai dengan aturan desain, dan mensimulasikan fungsi dan kinerja tata letak.

Verifikasi tata letak analog adalah untuk memverifikasi aturan proses, aturan kelistrikan, dan pemeriksaan konsistensi diagram rangkaian tata letak.Di sini, mari kita buat ringkasan sederhana:

Desain chip: Dengan dukungan alat EDA, seluruh proses desain chip diselesaikan dengan membeli otorisasi IP+IP penelitian dan pengembangan independen (pengembangan kooperatif) dan mengikuti proses simulasi dan verifikasi yang ketat dari desain sirkuit terpadu. Dalam proses ini, EDA, IP dan proses desain yang ketat sangat diperlukan.

Saat ini, di antara ketiga elemen tersebut, proses desainlah yang pertama kali dapat mewujudkan pengendalian diri.Tabel berikut mencantumkan 10 perusahaan desain chip teratas di dunia untuk referensi Anda.

Pembuatan chip

Saat ini, manufaktur chip merupakan industri dengan ambang batas tertinggi dalam industri sirkuit terpadu. Bagaimana Anda melihat ambang batasnya? Semakin tinggi investasinya, semakin sedikit pemainnya, dan semakin tinggi ambang batasnya. Saat ini, hanya TSMC, SAMSUNG dan Intel yang tersisa dalam pembuatan chip kelas atas. Di bawah ini, kami menganalisis pembuatan chip dari tiga aspek: peralatan, teknologi, dan material, serta mencari kesenjangan antara kami dan teknologi manufaktur maju.

2.1 peralatan

Pembuatan chip memerlukan lebih dari 2,000 proses teknologi untuk diselesaikan, dan setiap langkah bergantung pada peralatan khusus untuk mencapainya.Ada tiga proses utama dalam pembuatan chip: fotolitografi, etsa, dan deposisi. Tiga proses utama tersebut berulang kali diedarkan dalam proses produksi, dan akhirnya chip yang memenuhi syarat diproduksi.Tiga peralatan utama digunakan dalam tiga proses utama tersebut, yaitu mask aligner, mesin etsa, dan peralatan pengendapan film tipis. Tiga peralatan utama menyumbang sekitar 22%, 22% dan 20% dari seluruh investasi peralatan, dan merupakan tiga peralatan semikonduktor dengan proporsi tertinggi.

Ambil contoh mesin pelurus dan etsa masker yang paling umum sebagai contoh untuk memperkenalkan dan menganalisis kemampuan pengendalian diri.

mesin fotoetching

Prinsip Mask aligner sebenarnya seperti slide proyektor, yaitu cahaya diproyeksikan ke wafer yang dilapisi photoresist melalui mask (disebut juga mask) dengan diagram rangkaian. Pada akhir tahun 1960-an, Nikon dan Canon Jepang mulai memasuki bidang ini, dan penyelaras masker tidak jauh lebih rumit dibandingkan kamera pada saat itu.

EVU mask aligner EUV extreme ultraviolet lithography (Extreme Ultra-Violet) merupakan teknologi litografi generasi baru yang menggunakan panjang gelombang extreme ultraviolet (EUV), dengan panjang gelombang 13.5 nm. Karena keakuratan litografi beberapa nanometer, EUV memerlukan konsentrasi cahaya yang sangat tinggi, yang setara dengan memegang senter untuk menerangi titik bulan dengan tidak lebih dari satu koin. Cermin pantulan harus memiliki panjang 30cm dengan fluktuasi kurang dari 0.3nm, yang setara dengan fluktuasi jalur kereta api dari Beijing ke Shanghai kurang dari 1mm. Penyelaras masker EUV memiliki berat 180 ton, memiliki lebih dari 100,000 komponen, memerlukan 40 kontainer untuk transportasi, dan memerlukan waktu lebih dari satu tahun untuk pemasangan dan debug. Pada tahun 2000, Nikon Jepang menjadi pemimpin dalam penyelarasan masker, dan pada tahun 2009, ASML jauh lebih unggul dengan pangsa pasar hampir 70%. Saat ini, hanya ASML yang dapat menyediakan perata masker tercanggih. Di dalam negeri, Shanghai Microelectronics (SMEE) telah memiliki pelurus masker dengan resolusi 90nm, dan pelurus masker baru sedang dikembangkan.

Penafian: Artikel ini direproduksi dari "The Analects of Confucius". Artikel ini hanya mewakili pandangan pribadi penulis, dan tidak mewakili pandangan Sacco Micro dan industri. Ini hanya untuk dicetak ulang dan dibagikan untuk mendukung perlindungan hak kekayaan intelektual. Harap sebutkan sumber asli dan penulisnya saat mencetak ulang. Jika ada pelanggaran, silakan hubungi kami untuk menghapusnya.

Telp Perusahaan: +86-0755-83044319
Faks/faks:+86-0755-83975897
Surel: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Manajer Li
QQ: 332496225 Manajer Qiu
Alamat: Kamar 809, Blok C, Gedung Teknologi Zhantao, No.1079 Minzhi Avenue, Distrik Baru Longhua, Shenzhen

sebelumnya

Dari Konter Huaqiangbei ke Platform Ritel Online: Persamaan dan Perbedaan Antara Platform Pengadaan Komponen Elektronik dan Model Huaqiangbei

Selanjutnya

Wawancara dengan Judy Liu dari Slkor: Memenangkan Tiga Penghargaan Penjualan Pendatang Baru dengan Menjaga Kesederhanaan