半導(dǎo)體搶入16/14nm FinFET制程 業(yè)者掠地

　　EDA業(yè)者正大舉在FinFET市場攻城掠地。隨著臺(tái)積電、聯(lián)電和英特爾(Intel)等半導(dǎo)體制造大廠積極投入16/14奈米FinFET制程研發(fā)，EDA工具開發(fā)商也亦步亦趨，并爭相發(fā)布相應(yīng)解決方案，以協(xié)助IC設(shè)計(jì)商克服電晶體結(jié)構(gòu)改變所帶來的新挑戰(zhàn)，卡位先進(jìn)制程市場。

　　16/14奈米(nm)先進(jìn)制程電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)市場戰(zhàn)火正式點(diǎn)燃。相較起28/20奈米制程，16/14奈米以下制程采用的鰭式場效電晶體(FinFET)結(jié)構(gòu)不僅提升晶片設(shè)計(jì)困難度(圖1)，更可能拖累產(chǎn)品出貨時(shí)程，為協(xié)助客戶能突破FinFET制程設(shè)計(jì)瓶頸，EDA廠商不約而同發(fā)布針對FinFET制程的最新解決方案，欲于新一波的晶片設(shè)計(jì)商機(jī)中迅速擴(kuò)大市占。

　　與平面電晶體結(jié)構(gòu)不同的FinFET制程，將帶給IC設(shè)計(jì)商另一波挑戰(zhàn)

　　例如益華(Cadence)即針對28奈米以下制程及FinFET制程發(fā)布最新版Virtuoso布局(Layout)設(shè)計(jì)套件，該套件具備電子意識(shí)設(shè)計(jì)(ElectricallyAwareDesign,EAD)功能，可以協(xié)助行動(dòng)裝置積體電路(IC)設(shè)計(jì)商縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期并提高客制IC效能。

　　新思科技(Synopsys)則是攜手聯(lián)電宣布兩家公司的合作已獲得初步成果;聯(lián)電采用新思科技DesignWare邏輯庫IP組合和Galaxy實(shí)作平臺(tái)StarRC寄生參數(shù)提取工具，成功完成聯(lián)電第一個(gè)14奈米FinFET制程驗(yàn)證工具設(shè)計(jì)定案。

　　益華客制IC與仿真(Simulation)產(chǎn)品管理資深團(tuán)隊(duì)總監(jiān)WilburLuo(圖2)表示，半導(dǎo)體制程由28奈米演進(jìn)至16/14奈米FinFET制程的過程中，IC設(shè)計(jì)商會(huì)面臨愈來愈嚴(yán)重的電致遷移(Electromigration,EM)問題以及布局依賴效應(yīng)，加上先進(jìn)制程設(shè)計(jì)規(guī)則多且復(fù)雜，將導(dǎo)致IC設(shè)計(jì)工程師在設(shè)計(jì)和驗(yàn)證數(shù)十億電晶體的同時(shí)，也面臨龐大的上市時(shí)程壓力。

　　為協(xié)助客戶順利克服FinFET制程挑戰(zhàn)，益華發(fā)表新Virtuoso設(shè)計(jì)套件，該套件可針對電致遷移問題，在工程師繪制布局時(shí)提出分析及警告，讓工程師即時(shí)更正其設(shè)計(jì);此外，Virtuoso設(shè)計(jì)套件亦具備在類比設(shè)計(jì)環(huán)境的仿真過程中擷取電流、電壓資訊，并傳送至布局環(huán)境的能力。

　　另一方面，Virtuoso設(shè)計(jì)套件可實(shí)現(xiàn)部分布局(PartialLayout)功能，亦即工程師可直接在布局設(shè)計(jì)過程中即時(shí)電子化分析、模擬、驗(yàn)證內(nèi)部連結(jié)，以確保其布局架構(gòu)正確(圖2)。該設(shè)計(jì)功能讓工程師減少其設(shè)計(jì)往返(Iteration)時(shí)間，以及避免其晶片過度設(shè)計(jì)(OverDesign)，進(jìn)而導(dǎo)致耗電高、影響晶片效能，及占位空間增加等問題。

　　在EDA設(shè)計(jì)工具的幫助下，工程師可在設(shè)計(jì)周期中提早發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)解決

　　Luo指出，博通(Broadcom)已于28奈米制程實(shí)際使用Virtuoso布局套件，而其通訊晶片在提高效能表現(xiàn)與縮小尺寸之余，更受惠于Virtuoso部分布局功能，而較上一代晶片縮短30%的設(shè)計(jì)時(shí)程。他認(rèn)為，未來IC設(shè)計(jì)商在FinFET制程世代將面臨更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，而Virtuoso設(shè)計(jì)套件的角色也將更加吃重。

　　另一方面，臺(tái)積電也宣布將擴(kuò)大與益華在Virtuoso設(shè)計(jì)平臺(tái)上的合作關(guān)系，以設(shè)計(jì)和驗(yàn)證其先進(jìn)制程矽智財(cái)(IP)，同時(shí)，臺(tái)積電亦將以SKILL為基礎(chǔ)的制程設(shè)計(jì)套件(PDKs)擴(kuò)大應(yīng)用于16奈米制程，以實(shí)現(xiàn)Virtuoso設(shè)計(jì)平臺(tái)的色彩意識(shí)布局(Color-awareLayout)、先進(jìn)繞線(AdvancedRouting)和自動(dòng)對準(zhǔn)(Auto-alignment)等功能。

　　事實(shí)上，不僅臺(tái)積電在FinFET制程布局上煞費(fèi)苦心，臺(tái)灣另一家晶圓代工廠聯(lián)電，亦已于6月底完成首款14奈米FinFET制程驗(yàn)證工具的設(shè)計(jì)定案，而新思科技正是協(xié)助其設(shè)計(jì)的重要功臣。

　　新思提供關(guān)鍵IP聯(lián)電14nm制程達(dá)陣

　　聯(lián)電市場行銷副總郭天全表示，此次設(shè)計(jì)定案的成功，是聯(lián)電技術(shù)研發(fā)的重要里程碑，聯(lián)電的目標(biāo)是提供客戶高競爭力的FinFET技術(shù)解決方案，協(xié)助客戶產(chǎn)品走在技術(shù)前端。聯(lián)電選擇新思科技做為此次重要合作伙伴，原因在于新思科技在FinFET領(lǐng)域的專業(yè)，以及在先進(jìn)制程開發(fā)DesignWare矽智財(cái)?shù)呢S富經(jīng)驗(yàn)。此次合作成果將可大大嘉惠IC設(shè)計(jì)公司，為客戶帶來功耗、效能、成本等各面向的產(chǎn)品競爭力。

　　新思科技矽智財(cái)與系統(tǒng)行銷副總JohnKoeter表示，新思科技致力于開發(fā)開發(fā)通過驗(yàn)證的FinFET矽智財(cái)與IC設(shè)計(jì)工具，可協(xié)助聯(lián)電認(rèn)證關(guān)鍵制程和矽智財(cái)測試結(jié)構(gòu)，藉此降低IC設(shè)計(jì)公司整合產(chǎn)品的風(fēng)險(xiǎn)，并且加速其產(chǎn)品的量產(chǎn)時(shí)程。

　　據(jù)了解，聯(lián)電將在2015年量產(chǎn)首批產(chǎn)品，緊追英特爾(Intel)及臺(tái)積電的腳步。事實(shí)上，由于FinFET制程具備高效能、低功耗，以及比平面互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)制程較低的數(shù)據(jù)保留電壓等優(yōu)勢，因而成為IC設(shè)計(jì)公司高度重視的先進(jìn)制程節(jié)點(diǎn)。

　　新思科技制程驗(yàn)證工具將提供初期數(shù)據(jù)，讓聯(lián)電得以調(diào)整其14奈米FinFET制程，藉以得到最佳化功耗、性能和裸晶(Die)面積。同時(shí)，新思科技驗(yàn)證工具也提供制程檢視數(shù)據(jù)，讓聯(lián)電FinFET模擬模型與矽制程結(jié)果具更高關(guān)聯(lián)性。

　　新思科技DesignWareFinFET邏輯庫矽智財(cái)(IP)組合包括高速、高密度、低功耗的標(biāo)準(zhǔn)元件(StandardCell)，內(nèi)含多重臨界電壓(VoltageThreshold)工具并支援多重通道長度，以降低漏電流(圖3)。

　　完善的IP組合是確保IC設(shè)計(jì)品質(zhì)的重要工具

　　另一方面，新思科技StarRC(Resistance/Capacitance)寄生參數(shù)提取工具提供14奈米先進(jìn)擷取技術(shù)，該技術(shù)奠基于FinFET元件特有的三維(3D)模型。StarRC工具具備可精準(zhǔn)描述FinFET電晶體擷取資料的獨(dú)特能力，因此，其嵌入式解決工具可產(chǎn)生最高精度的電阻/電容寄生模型，讓IP開發(fā)商能夠優(yōu)化產(chǎn)品高效能及低功耗特色。

　　至于明導(dǎo)國際(MentorGraphics)也已于5月獲得臺(tái)積電認(rèn)證16奈米FinFET驗(yàn)證工具，并與三星(Samsung)共同策畫14奈米制程處理設(shè)計(jì)套件。

　　顯而易見，各大EDA廠及晶圓廠的目光已全面集中于16/14奈米FinFET制程的龐大商機(jī)，并且在先進(jìn)制程的設(shè)計(jì)過程中，雙方不僅須加強(qiáng)自身產(chǎn)品競爭力，更須仰賴跟彼此的資源交換、互通有無，才能搶先于競爭對手之前交付客戶最理想的解決方案。