45nm機遇、挑戰(zhàn)和新的協(xié)作模型

　　Altera計劃2008年推出45nm產(chǎn)品。45nm工藝可以為客戶帶來價值，但是提高了廠商進入的門檻，使45nm是重量級廠商才能玩得起的游戲。45nm使FPGA有更多的機會進入ASIC領域，因ASIC的開發(fā)風險更高。45nm開發(fā)的三要素是：選擇正確的合作伙伴;投片的第一個硅片就可以交付給用戶;IC設計和生產(chǎn)緊密合作。

　　45nm芯片性能更高

　　從技術演化圖的發(fā)展可知，十年來，半導體業(yè)每兩年推出一個新的工藝節(jié)點，這種趨勢還將繼續(xù)保持著，并向35nm、22nm節(jié)點推進。其背后的驅(qū)動力來自于成本降低和硅片尺寸的減少。例如，密度比上一節(jié)點提高近2倍，容量提升等效于每年晶體管成本降低25%~30%;與此同時，工藝尺寸的降低也可以降低功耗，提高速度。

　　然而，與以往不同的是，客戶需求的優(yōu)先級發(fā)生改變。在90年代末到2000年初，客戶最關心性能，其次是功耗、成本。這兩年，用戶最關心成本，之后是功耗、性能。45nm應變硅工程可提高三級管的性能達40%以上。

　　設計門檻提高

　　45nm提高了進入門檻，首先是由高昂的開發(fā)成本帶來的。芯片的研發(fā)成本從一代到下一代至少增加50%，同時掩膜成本增加。

　　其次，工藝和設計之間的關系越來越緊密，因此諸如光刻、器件建模、可制造設計、可靠性等工藝生產(chǎn)型問題，不得不在IC設計過程中被考慮到。

　　再有，45nm研發(fā)的技術挑戰(zhàn)大?？刂迫龢O管漏電流很重要。迄今電壓能做到1V左右，由于電壓不可能再往下降，因此降低功耗不能靠降低電壓來實現(xiàn)了。器件布局比原來更受限制。由于采用了應變硅工程，改善了三級管之間的距離。三極管也不像過去隨溫度變化的現(xiàn)象那么明顯，因此可把過去高性能三極管變成功耗較低的三極管。

　　制造門檻提高

　　投資一條45nm生產(chǎn)線成本30億美元左右，每個新工藝開發(fā)成本接近10億美元。工藝開發(fā)過程中我們遇到了兩個問題，光的波長限制和原子尺寸的限制。我們采用12英寸晶圓和193nm浸入式光刻機，幾乎達到了原子尺寸極限。門極氧化物厚度接近3~4個原子。所以原子漂移和數(shù)量多少會極大地影響三極管的性能。

　　三項措施

　　Altera主要有三個戰(zhàn)略：1，選擇正確的合作廠商，Altera是fabless(無芯片生產(chǎn)線)廠商，因此選擇TSMC(臺積電)作為芯片代工廠。2，采用“硅片率先投產(chǎn)”設計方法，即投片的第一個硅片就可以交付給用戶生產(chǎn)。3，進行協(xié)作設計和工藝開發(fā)，Altera與TSMC的協(xié)作關系更像是一家公司的兩個部門，兩家公司共同成立了12個聯(lián)合開發(fā)組，以共同應對45nm的挑戰(zhàn)。