Самая сильная наука о цепочке производства чипов, независимый от чипа контролируемый углубленный анализ (1)

Главная Новости Ежедневное событие Самая сильная наука о цепочке производства чипов, независимый от чипа контролируемый углубленный анализ (1)

2022-03-17 230

Если кто-то скажет вам: «Эй, чип, который я сделал, на 100% самоуправляем!» Подождите, не спешите сначала поклоняться (верить) ему. Пожалуйста, прочитайте эту статью, прежде чем говорить. ...

Прежде всего, что такое самоуправление? Самое интуитивное понимание состоит в том, что когда другие «застревают», они не застревают. Индустрию интегральных схем обычно разделяют на три области: проектирование микросхем, производство микросхем и тестирование корпусов. См. следующий рисунок:

Мы анализируем их один за другим. Конструкция чипа в основном анализируется с трех аспектов: EDA, IP и дизайн. Производство чипов в основном анализируется с трех аспектов: оборудование, технология и материалы; Упаковка анализируется на основе дизайна упаковки, упаковки продукта и тестирования чипов.

Чип дизайн

Как начать проектирование чипа? Сначала вам нужны инструменты (EDA), затем вы можете приступить к проектированию чипов с помощью существующих ресурсов (IP) и собственных идей и планов. Здесь мы проанализируем проектирование микросхем с помощью инструментов проектирования микросхем EDA, IP и процесс проектирования интегральных схем.

1.1 ЭДА

EDA (автоматизация электронного проектирования). Автоматизация электронного проектирования часто относится к программному обеспечению, используемому для электронного проектирования. Кто-то однажды сказал мне: «Что не так с EDA? Разве это не просто инструмент?» Да, это инструмент, но без него ничего не спроектируешь! Сегодняшние крупномасштабные интегральные схемы могут объединить более 100 миллионов транзисторов на квадратный миллиметр размером с кунжутное семя, и среди этих транзисторов существуют сотни миллионов соединительных цепей. Сегодняшние основные чипы SoC содержат более 10 миллиардов транзисторов. Если нет точного и мощного инструмента EDA, как его можно разработать? EDA — важный инструмент для проектирования микросхем. В настоящее время Synopsys, Cadence и Mentor(Siemens EDA) занимают более 90% доли рынка. В разработке высокопроизводительных чипов размером менее 10 нанометров его доля достигает даже 100%. То есть практически невозможно разработать чип ниже 10 нм без инструментов EDA трех вышеупомянутых компаний. В следующей таблице показаны текущие основные инструменты EDA при проектировании микросхем:

Проектирование микросхем делится на проектирование, моделирование и проверку, а соответствующие инструменты EDA делятся на инструменты проектирования, инструменты моделирования и инструменты проверки. Средство проектирования решает задачу построения модели, то есть от 0 до 1 (с нуля), а средство моделирования и проверки решает задачу подтверждения модели, то есть является ли 1 1, 0.9 или 1.1. Поэтому с точки зрения развития EDA разрабатывать инструменты проектирования сложнее. Кроме того, чем больше масштаб проектирования, тем выше требования к узлам процесса и тем сложнее разрабатывать инструменты EDA. В настоящее время отечественные инструменты EDA добились некоторых успехов в некоторых инструментах проверки симуляции, а также имеют инструменты полного процесса проектирования аналоговых схем. Однако между ними и тремя основными производителями по-прежнему существует большой разрыв в разработке крупномасштабных интегральных схем, особенно в процессе проектирования высокопроизводительных цифровых микросхем.

1.2 ИП

IP (Интеллектуальная собственность) означает права интеллектуальной собственности. В отрасли это относится к заранее определенному, проверенному, многократно используемому модулю, который может выполнять определенную функцию. IP является базовой единицей LSI, а SoC можно даже назвать технологией мультиплексирования, основанной на IP-ядре. Как правило, IP делится на жесткое ядро, мягкое ядро и твердое ядро. Как правило, жесткое ядро IP сопоставляется с конкретным процессом, который проверяется при производстве чипов. Он имеет характеристики предсказуемой площади и производительности, но менее гибок. IP-ядро представлено в HDL, который является гибким, но непредсказуемым по производительности. IP-ядро оптимизирует свою производительность и площадь за счет компоновки или общей библиотеки процессов, которая более гибка и предсказуема, чем жесткое ядро и программное ядро, и представляет собой компромисс между жестким ядром и программным ядром.

В следующей таблице показаны 10 крупнейших IP-провайдеров в мире на данный момент. Видно, что у Китая есть два финалиста в топ-10, но совокупная рыночная доля двух компаний составляет всего 3%, при этом на одну только ARM приходится более 40% доли рынка, а на долю американских предприятий приходится 30% рынка. доля рынка. Если ARM будет приобретена Nvidia, рынок IP по сути станет миром Соединенных Штатов. Кроме того, мы также обнаружили, что Synopsys и Cadence, две крупнейшие компании EDA в мире, также занимают вторую и третью позиции в области интеллектуальной собственности.

На следующем рисунке показаны типы IP, в которых на процессор приходится 51%, на IP-интерфейс — 22.1%, на цифровой класс — 8.1%, а на другие — 18.8%. ARM, класс процессоров, является единственным. Synopsys — лидер отрасли в области IP-интерфейсов.

1.3цикл проектирования

Процесс проектирования микросхем можно разделить на процесс проектирования цифровых ИС и процесс проектирования аналоговых ИС.Процесс проектирования цифровых ИС: определение микросхемы → проектирование логики → синтез логики → физическое проектирование → физическая проверка → доставка макета.Спецификация чипа подразумевает определение функциональности и производительности чипа в соответствии с требованиями и заполнение документа со спецификацией проекта.Проектирование логики относится к реализации проектирования логики на уровне RTL (уровень регистрации-передачи) на основе языка описания аппаратного обеспечения, а правильная функция проверяется путем логической проверки или формальной проверки.Логический синтез относится к преобразованию RTL в список соединений уровня шлюза с конкретной целью и оптимизации задержки списка соединений, площади и энергопотребления.Физическое проектирование относится к процессу организации и подключения списка соединений уровня шлюза в соответствии с ограничениями и, наконец, создания макета, который также включает в себя: импорт данных → планирование макета → макет блока → синтез дерева часов → подключение.

Импорт данных — это файл сценария, который определяет интегрированный список соединений и временные ограничения, а также файл библиотеки, предоставленный изготовителем.
Компоновка относится к процессу планирования позиций блоков ввода/вывода, макроблоков и других основных модулей на кристалле.
Компоновка ячеек — это процесс автоматического размещения стандартных ячеек в соответствии со списком соединений и временными ограничениями.
Синтез дерева тактовых импульсов относится к процессу вставки тактового буфера, создания тактовой сети и минимизации тактовой задержки и отклонения.Под проводкой понимается процесс автоматического подключения каждого устройства в соответствии с взаимосвязью цепей при условии ограничения количества слоев проводки, ширины линии и межстрочного расстояния.

Физическая проверка обычно включает проверку правил проектирования компоновки (DRC), проверку согласованности схематической схемы компоновки (LVS) и проверку электрических правил (ERC).

Tape Out означает передачу файлов макетов на литейный завод для создания шаблонов масок и производства чипов при условии, что все проверки и проверки верны.Процесс проектирования аналоговых микросхем: определение микросхемы → проектирование схемы → проектирование макета → проверка макета → доставка макета.

Среди них определение микросхемы и доставка макета такие же, как и у цифровых схем, в то время как аналоговая ИС отличается по схемотехнике, проектированию компоновки, проверке компоновки и цифровым схемам.Проектирование аналоговых схем подразумевает проектирование структуры аналоговых схем транзисторного уровня в соответствии с системными требованиями, а функции и характеристики схемы проверяются SPICE и другими инструментами моделирования.

Проектирование аналоговой компоновки заключается в рисовании геометрии компоновки, соответствующей принципиальной схеме в соответствии с правилами проектирования, и моделировании функций и характеристик компоновки.

Проверка аналоговой компоновки предназначена для проверки правил процесса, электрических правил и проверки согласованности принципиальной схемы компоновки.Здесь давайте подведем простой итог:

Проектирование микросхем: при поддержке инструментов EDA весь процесс проектирования микросхем завершается путем приобретения IP-авторизации + независимых исследований и разработок (совместной разработки) IP и строгого процесса моделирования и проверки проектирования интегральных схем. В этом процессе необходимы EDA, IP и строгий процесс проектирования.

В настоящее время среди этих трех элементов процесс проектирования является первым, который может реализовать самоконтроль.В следующей таблице перечислены 10 крупнейших компаний-разработчиков микросхем в мире.

Производство чипов

В настоящее время производство микросхем является отраслью с самым высоким порогом в отрасли интегральных схем. Как вы смотрите на порог? Чем выше инвестиции, тем меньше игроков, тем выше порог. В настоящее время в производстве high-end чипов остались только TSMC, SAMSUNG и Intel. Ниже мы анализируем производство чипов с трех сторон: оборудование, технологии и материалы, а также ищем разрыв между нами и передовыми производственными технологиями.

2.1 Оборудование

Для производства чипа требуется более 2,000 технологических процессов, и каждый этап зависит от конкретного оборудования.В производстве чипов есть три ключевых процесса: фотолитография, травление и осаждение. Три основных процесса неоднократно повторяются в производственном процессе, и, наконец, производятся качественные чипы.В трех ключевых процессах используется три ключевых оборудования, а именно: выравниватель маски, травильный станок и оборудование для нанесения тонких пленок. На три основных вида оборудования приходится около 22%, 22% и 20% всех инвестиций в оборудование, и это три полупроводниковых оборудования с наибольшей долей.

Возьмите наиболее типичный выравниватель маски и травильный станок в качестве примера, чтобы представить и проанализировать самоуправляемость.

машина для фототравления

Принцип работы выравнивателя маски на самом деле подобен слайд-проектору, то есть свет проецируется на пластину, покрытую фоторезистом, через маску (также называемую маской) с принципиальной схемой. В конце 1960-х годов в эту область начали выходить японские компании Nikon и Canon, и выравниватель маски был ненамного сложнее фотоаппаратов того времени.

Выравниватель маски EVU Литография в крайнем ультрафиолете EUV (Extreme Ultra-Violet) — это технология литографии нового поколения, использующая длину волны крайнего ультрафиолета (EUV) с длиной волны 13.5 нм. Поскольку точность литографии составляет несколько нанометров, EUV требует чрезвычайно высокой концентрации света, что эквивалентно освещению лунного пятна фонариком с помощью не более одной монеты. Отражающее зеркало должно иметь длину 30 см и отклонение менее 0.3 нм, что эквивалентно отклонению железнодорожного пути от Пекина до Шанхая менее 1 мм. Элайнер маски EUV весит 180 тонн, состоит из более чем 100,000 40 деталей, для транспортировки требуется XNUMX контейнеров, а его установка и отладка занимает более года. В 2000 году японская компания Nikon была лидером в производстве устройств для выравнивания масок, а к 2009 году ASML вырвалась далеко вперед с долей рынка почти 70%. В настоящее время только ASML может предоставить самый совершенный выравниватель масок. У компании Shanghai Microelectronics (SMEE) уже есть выравниватель маски с разрешением 90 нм, а новый выравниватель маски находится в стадии разработки.

Отказ от ответственности: Эта статья воспроизведена из «Аналектов Конфуция». Эта статья отражает только личную точку зрения автора и не отражает точку зрения Sacco Micro и отрасли. Он предназначен только для перепечатки и распространения в целях защиты прав интеллектуальной собственности. При перепечатке просьба указывать первоисточник и автора. Если есть какие-либо нарушения, пожалуйста, свяжитесь с нами, чтобы удалить их.

Тел. компании: +86-0755-83044319
Факс/факс:+86-0755-83975897
Почта: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Менеджер Ли
QQ: 332496225 Менеджер Цю
Адрес: комната 809, блок C, здание Zhantao Technology Building, проспект Минчжи № 1079, новый район Лунхуа, Шэньчжэнь.

От счетчиков Хуацянбэй до онлайн-платформ розничной торговли: сходства и различия между платформами закупки электронных компонентов и моделью Хуацянбэй.

Интервью с Джуди Лю из компании Slkor: Как она получила три награды за лучшие продажи новым клиентам, придерживаясь простых принципов.