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[導(dǎo)讀]富士通半導(dǎo)體交付55nm創(chuàng)新方案 解本土IC設(shè)計(jì)之“渴” 近來中國IC市場的最重磅新聞要屬大小“M”——臺(tái)灣聯(lián)發(fā)科(MTK)和晨星半導(dǎo)體(MStar)宣布合并?!癕兄弟”的聯(lián)手對(duì)已跨入“1億美元俱樂部”的少數(shù)剛崛起的大陸

富士通半導(dǎo)體交付55nm創(chuàng)新方案

解本土IC設(shè)計(jì)之“渴”

近來中國IC市場的最重磅新聞要屬大小“M”——臺(tái)灣聯(lián)發(fā)科(MTK)和晨星半導(dǎo)體(MStar)宣布合并?!癕兄弟”的聯(lián)手對(duì)已跨入“1億美元俱樂部”的少數(shù)剛崛起的大陸本土IC設(shè)計(jì)公司帶來很大的競爭壓力,而原本就缺資金、缺平臺(tái)、缺資源的本土小型和微型IC廠商的生存空間更加令人堪憂。

正如富士通半導(dǎo)體ASIC/COT業(yè)務(wù)市場部副經(jīng)理劉哲女士在不久前閉幕的“2012深圳(國際)集成電路創(chuàng)新與應(yīng)用展”(China IC Expo,簡稱CICE)“IC制造和設(shè)計(jì)”論壇上指出的,“現(xiàn)在中國的IC設(shè)計(jì)公司大概有300多家,營業(yè)額在10M美金以上的可能不到10%,在100M美金以上的可能不到10家,總體來講中國IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)還不是很健全,同質(zhì)競爭嚴(yán)重,缺乏創(chuàng)新。我研究了一下過去5年中統(tǒng)計(jì)的中國十大公司,發(fā)現(xiàn)5年都能上榜的大概只有5家,市場的優(yōu)勝劣汰十分激烈?!?br>
那么本土IC設(shè)計(jì)業(yè)如何能夠更好地在市場立足,在如此激烈的競爭中生存,并且不斷的壯大自己?劉哲及富士通半導(dǎo)體IP平臺(tái)解決方案事業(yè)部副總經(jīng)理安佛英明先生針對(duì)這個(gè)話題在論壇做了題為“富士通半導(dǎo)體SoC 設(shè)計(jì)和芯片代工解決方案”的演講,分析了目前中國本土IC設(shè)計(jì)業(yè)在SoC設(shè)計(jì)中所面臨的挑戰(zhàn)和應(yīng)對(duì)方法,并宣布了富士通半導(dǎo)體為中小型IC設(shè)計(jì)公司量身定制的55nm最新設(shè)計(jì)和制造服務(wù)解決方案從7月開始提供PDK和library給客戶進(jìn)行設(shè)計(jì)。

SoC設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)分析

“目前業(yè)界在SoC設(shè)計(jì)上遇到的挑戰(zhàn)最關(guān)鍵有兩點(diǎn):一是Time-to-Market,二是cost。迎接這個(gè)挑戰(zhàn)就要從——工藝制程(Process)、IP、設(shè)計(jì)三個(gè)方面下工夫。選擇正確的工藝,有競爭力的IP及先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法是SoC成功的關(guān)鍵。” 劉哲簡潔明了地概括了SoC設(shè)計(jì)的成功之道。

圖1:SoC設(shè)計(jì)遇到的挑戰(zhàn)。

她特別強(qiáng)調(diào)了所謂正確的工藝制程并不是指最先進(jìn)的工藝制程,而是最有性價(jià)比的,符合中國本土IC公司承受能力的,既能夠保證產(chǎn)品上市時(shí)間又降低成本的合適工藝制程。那么到底什么才是中國本土IC設(shè)計(jì)真正需要的工藝制程呢?

55nm——中國IC設(shè)計(jì)真正之“渴”

如今的消費(fèi)類電子市場競爭已經(jīng)進(jìn)入白熱化階段,客戶的需求、競爭對(duì)手的挑戰(zhàn)都使得中國本土IC設(shè)計(jì)公司面臨巨大的生存壓力。另一方面,摩爾定律面臨極限挑戰(zhàn),高端工藝因其高昂的前期投入成為中小設(shè)計(jì)公司可望而不可即的奢侈品。此外,低功耗的要求促使芯片設(shè)計(jì)者不得不追逐最新的40nm和28nm工藝,但這意味著巨大的風(fēng)險(xiǎn)和投入,無論是工藝還是IP的投入和成熟度都在一定程度上阻礙了許多想法最終轉(zhuǎn)變成硅片。

從2010年開始,中國開始出現(xiàn)越來越多的40nm設(shè)計(jì),其中不乏幾千萬門級(jí)的智能終端IC。但40nm工藝超過百萬美元的一次NRE費(fèi)用著實(shí)讓中國本土IC公司“傷不起”,加上IP方面不菲的投資以及整合驗(yàn)證,使得項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)很大。

如何以更低的投入最大化地利用主流的且成熟的65nm工藝去設(shè)計(jì)產(chǎn)品是業(yè)界很多公司都在尋求的目標(biāo)。本次展會(huì)上,富士通半導(dǎo)體ASIC/COT業(yè)務(wù)部最新推出的兩套創(chuàng)新的55nm工藝制程CS250L和CS250S引起與會(huì)業(yè)內(nèi)人士的高度關(guān)注,他們可幫助中國便攜消費(fèi)類終端IC設(shè)計(jì)公司以65nm的成本水平實(shí)現(xiàn)功耗大幅降低、性能堪比40nm工藝的設(shè)計(jì),對(duì)成本、上市時(shí)間和功耗極其敏感的消費(fèi)終端ASIC設(shè)計(jì)意義重大。

圖2:富士通半導(dǎo)體ASIC/COT業(yè)務(wù)部攜55nm創(chuàng)新工藝隆重登場2012 CICE

CS250L和CS250S的推出可以說恰逢其時(shí),使得中國消費(fèi)電子IC廠商又多了一種選擇,可不用急于往40nm節(jié)點(diǎn)冒進(jìn),在實(shí)現(xiàn)接近功耗的同時(shí)不僅能保護(hù)現(xiàn)有在65nm上的IP投資,而且NRE的費(fèi)用仍像65nm一樣處于能承受的水平,因此非常適合中國的國情。

使65nm IP可直接用于55nm工藝

“模擬IP是通往真實(shí)世界的接口,但是大家都知道模擬IP的使用和工藝制程是非常相關(guān)的,比如一個(gè)IP在65nm的工藝制程下能用,可是到了55nm的時(shí)候就要換基于55nm工藝的IP了。富士通半導(dǎo)體解決了這個(gè)問題,憑借我們?cè)谀MIP方面多年的技術(shù)積累,我們的65nm工藝IP可以直接用于55nm工藝中,這就極大地保護(hù)了客戶投資?!?劉哲表示?!傲硗猓瑥木A代工、IP授權(quán)、設(shè)計(jì)服務(wù)以及封裝測試,富士通半導(dǎo)體強(qiáng)調(diào)的是一站式增值設(shè)計(jì)服務(wù),可將客戶的成本、風(fēng)險(xiǎn)、上市時(shí)間降至最低?!彼a(bǔ)充道。

富士通半導(dǎo)體的上述兩套全新55nm工藝是基于65nm技術(shù)而開發(fā),可使客戶保護(hù)以往的投資。其中CS250L是基于對(duì)現(xiàn)有65nm后端工藝而優(yōu)化的全新標(biāo)準(zhǔn)單元、SRAM,可使整體功耗降低20%,芯片面積則節(jié)省15%左右。最大的特點(diǎn)是全套65nm IP不需要重新做移植,GDSII網(wǎng)表可以直接使用。圖3展示了CS250L的關(guān)鍵優(yōu)勢。

圖3:CS250L的關(guān)鍵優(yōu)勢。

以55nm工藝提供接近40nm的功耗,同時(shí)還不會(huì)降低性能,理論上講這似乎不太可能。不過富士通半導(dǎo)體和美國SuVolta公司合作開發(fā)的新制程CS250S使得“Half the POWER,All the Performance”變成現(xiàn)實(shí)。

過去,雖然芯片的工藝制程技術(shù)一直在飛速進(jìn)步,不過自從進(jìn)入0.18微米(180nm)時(shí)代,CPU核心電壓降至1.xV級(jí)別后,即使是目前實(shí)際生產(chǎn)用最新的28nm制程也只能使核心電壓維持在1V左右?!案摺彪妷簬淼墓膯栴}也使移動(dòng)計(jì)算方面處處受限,目前智能手機(jī)、平板電腦等最大的問題之一就是功耗和續(xù)航。而芯片電壓之所以無法突破1V的重要原因之一就是低壓無法驅(qū)動(dòng)內(nèi)部的SRAM模塊。

使電壓閾值下降至0.4V左右。DDCTM晶體管制造的嵌入式576Kb SRAM模塊最低可在0.425V電壓下工作,相比目前常用SRAM最低0.7V左右的工作電壓減少了40%左右。相對(duì)于效果類似的ETSOI和Tri-Gate制程,富士通半導(dǎo)體的這種技術(shù)更加簡便易行。富士通半導(dǎo)體應(yīng)客戶要求將低功耗特性全面導(dǎo)入對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品中,對(duì)于逐漸SoC化的移動(dòng)處理器來說這絕對(duì)是個(gè)好消息。

圖6顯示了576k SRAM宏模塊在不同電壓下的良率。良率由所有比特都通過的宏模塊數(shù)目計(jì)算而得。
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圖4:576k SRAM宏模塊在不同電壓下的良率

CS250S是一項(xiàng)革命性的創(chuàng)新技術(shù),通過全新設(shè)計(jì)的DDCTM(Deeply Depleted Channel?) 晶體管技術(shù),可以將現(xiàn)有65nm的功耗降低到原來的一半,而性能不受到任何影響,同時(shí)可很好地改善工藝生產(chǎn)造成的功耗波動(dòng)。

如下圖5所示,在fast corner的最壞情況下,采用CS250S(55nm)的工藝制程其靜態(tài)功耗和動(dòng)態(tài)功耗均比采用65nm工藝制程降低50%,而且fast corner和slow corner更加集中,對(duì)于封裝熱阻的考慮變得更加收斂。

圖5:富士通半導(dǎo)體最新55nm工藝CS250S功耗比65nm降低一半。

完整、經(jīng)過驗(yàn)證的一站式IP平臺(tái)

前文曾指出,SoC的成功除了選擇合適的工藝制程外,有競爭力的IP也是關(guān)鍵??蛻舻腟oC中要用到各種不同的IP,尤其當(dāng)遇到與工藝制程相綁定的模擬IP的時(shí)候,選擇就不是那么的靈活,而富士通半導(dǎo)體完整的,經(jīng)過驗(yàn)證的低功耗模擬IP,可以為SoC設(shè)計(jì)帶來福音。

早在上世紀(jì)90年代,富士通半導(dǎo)體就在中國大陸開始推廣ASIC方案和設(shè)計(jì)服務(wù),最初客戶以通訊和網(wǎng)絡(luò)IC公司為主。2006年,該公司又在中國開始推廣其日本代工廠的COT服務(wù),以便為中國客戶提供90nm和65nm工藝的ASIC設(shè)計(jì)、IP、晶圓代工等多元化的服務(wù),很多應(yīng)用如衛(wèi)星電視、CMMB等消費(fèi)類應(yīng)用芯片都是在富士通日本晶圓廠投片生產(chǎn)的(40nm以下設(shè)計(jì)是轉(zhuǎn)由臺(tái)積電代工)。從2008年開始起, 他們中國客戶中消費(fèi)類電子IC廠商的比重逐年升高。

安佛英明在演講中指出:“上市時(shí)間是消費(fèi)類終端芯片產(chǎn)品取得成功的最重要因素,而迅速地整合IP資源是達(dá)到這一訴求的關(guān)鍵。富士通半導(dǎo)體提供非常完整的針對(duì)這類應(yīng)用芯片的解決方案,提供諸如USB、HDMI、PCIE、SATA、MIPI、ARM CPU、AD/DA、電源管理等諸多經(jīng)過嚴(yán)格評(píng)估和量產(chǎn)驗(yàn)證的IP。而這些IP大部分都是富士通內(nèi)部開發(fā)的,如此省去了客戶為尋找各個(gè)IP而去和不同IP供應(yīng)商談判的時(shí)間。從芯片的風(fēng)險(xiǎn)角度來講,一旦芯片出現(xiàn)IP的質(zhì)量問題,客戶也無需為此而在各個(gè)IP供應(yīng)商之間周旋。從成本角度,富士通半導(dǎo)體所提供的打包IP方案也會(huì)幫助節(jié)省客戶初期的IP 投入?!?br>
圖6:富士通半導(dǎo)體可提供完整、經(jīng)過制造驗(yàn)證的高品質(zhì)IP

靈活的商業(yè)模式

此次CICE參展的不少IC設(shè)計(jì)服務(wù)公司都強(qiáng)調(diào)從spec-in階段就或深或淺地參與到客戶(即包括IC設(shè)計(jì)公司也有想自己開IC的系統(tǒng)公司)項(xiàng)目中,除了IP、后端設(shè)計(jì),與Foundry和封裝廠打交道的事兒,也可以大部分委托給這些專業(yè)IC設(shè)計(jì)服務(wù)公司,因而產(chǎn)品創(chuàng)新周期大大縮短,降低成本。靈活的商業(yè)模式在如今的市場環(huán)境下顯得至關(guān)重要。

圖7:傳統(tǒng)的商業(yè)模式

圖7展示了傳統(tǒng)的COT和ASIC設(shè)計(jì)模式。傳統(tǒng)的COT模式使得客戶很難將所有的服務(wù)如Design、IP/ Library、Mask、Wafer Manufacture、Shuttle、Assembly、Test、Failure Analysis、E-Fab整合在一起。而傳統(tǒng)的ASIC模式則表現(xiàn)出高成本,低靈活性。

圖8:富士通半導(dǎo)體提供靈活的Foundry Biz模式。

顯然,傳統(tǒng)的商業(yè)模式已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)今市場對(duì)于IC設(shè)計(jì)服務(wù)的要求了。富士通半導(dǎo)體提供非常靈活的商業(yè)模式,從ASIC到COT之間有Pure ASIC、 TGD ASIC、 Foundry+(DS,FTK)、Foundry+(IP Support)、Pure Foundry這五種服務(wù)模式可供客戶選擇。

劉哲強(qiáng)調(diào)說:“富士通半導(dǎo)體將拋開傳統(tǒng)IDM公司的業(yè)務(wù)模式,愿為中國本土IC設(shè)計(jì)公司的成長提供工藝、IP、設(shè)計(jì)等支持,并搭載靈活的商業(yè)模式,致力于成為本土半導(dǎo)體公司的強(qiáng)有力合作伙伴?!?

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