公司新闻

代工厂与EDA合作是中国IC设计工程师成功的关键

作者:Mentor Graphics代工项目主任张淑雯(Shu-Wen Chang)
Mentor Graphics Calibre物理验证产品,产品营销总监Michael White

中国正在成为世界上增长最快的消费电子市场,根据IHS的预测,中国IC设计行业今年收入将达到82亿美元,比去年的71亿美元增长16%。在接下来的数年将继续两位数的增长,到2016年中国无晶圆厂设计公司总收入有望达124亿美元[1]。另一个中国IC行业增长的迹象来自《电子工程专辑》杂志所做的“2013年度中国IC设计公司调查”。调查结果表明有24%的被调查公司在数字IC上采用先进的45纳米或更小尺寸的制程技术,较2012年的12%翻了一倍。为赶上消费电子市场这波巨大的浪潮,中国的顶级IC设计公司在数字IC上甚至采用了28纳米、20纳米或更低的制程技术。

但是,当IC设计转到28纳米和以下节点时,会出现新的设计挑战需要克服。为了降低设计公司设计师的工作难度,代工厂和EDA厂商从新制程开发直至制程成熟都紧密合作,以期在整个设计周期提供尽可能好的设计工具套组。本文讨论先进节点物理签核带来的重大挑战,并介绍台积电与Mentor Graphics如何协作进行设计规则检查(DRC)文件优化,为IC设计客户提供最好的性能和精确性。

代工厂与EDA合作的幕后

从新闻稿上来看,EDA工具获得某一IC制程节点的资格验证似乎就是大功告成了,但实际上,获得资格验证仅仅是大众看到的EDA厂商和代工厂之间持续合作的开始。合作其实早在赋予资格验证之前,在新节点制程开发时就已经开始了。

对于物理验证来说,一个新节点并非仅仅是更新设计规则手册(DRM)即可——新节点可能需要编写全新的设计规则,而这些规则可能需要全新类型的测量和分析,这就对EDA工具本身提出了全新的要求。

一旦代工厂描述了新制程所需的一套初始设计约束条件,就会创建一个回归测试套件,以确认物理验证文件(deck)能在初步发布时及以后都能产生预期结果。测试套件由以下步骤来开发:反复创制测试芯片,对测试芯片运行设计规则,观察结果,找出并分析错误,更新设计规则(如果需要,更新工具本身)等等,直至代工厂和其开发合作伙伴认为流程对于初始生产是可以接受的为止。

在这一初始规则编制和确认的过程中,代工厂关注的焦点是精确性。代工厂在编写精确检查方面具有丰富经验,但可能并不总是知道最佳方法以优化规则文件(deck)、得到最佳运行时性能并降低内存要求。通常,性能和内存优化是通过代工厂和EDA供货商之间的协作来解决的。EDA企业投入大量资源分析规则文件并对方法提出构想,以便在尽可能快的时间内使用最少的内存获得最精确的结果。这种协作在第一次V0.5/alpha档发布前就已开始,并可能一直延续到第一次(V1.x)生产档发布后的一段时间。

比如,在今年5月,Mentor宣布了和台积电在其20纳米物理验证工具套组上的合作成果:与去年发布的初始设计工具套组相比,将签核的运行时间缩短到原来的三分之一,而内存要求降低了60%。这样的合作给客户带来了非常明显的好处,意味着即使检查的数量和复杂性大幅增加,但他们的设计周转时间仍能保持竞争力。降低内存需求还意味着他们可以避免大规模升级计算平台。除了这些直接的好处之外,这些合作还带来的一种明显的正向学习曲线效应——我们发现,尽管16纳米节点的复杂性更高,但我们在16纳米的优化工作上的进展甚至比20纳米上还更快。

图1. Mentor与主要代工厂在持续性能改进方面的协作使设计周转时间大幅缩短。

该图显示了≤20nm的全芯片所用Calibre nmDRC从2012.4发布到2013.1发布获得的改进。

除了针对性能改进所做的努力,还有对设计规则手册的不断变更、及对签核工具所做的代码变更,这些变更贯穿整个制程节点的生存期。这些变更每次发生时,都会在设计支撑生态系统里扩散。而且,这些变更不仅仅涉及设计规则的规范,还涉及规则是如何执行的,这就涉及到由详细规则编码所决定的细微复杂的运行行为,且每一家物理验证平台都是不同的。代工厂和其EDA合作伙伴的紧密合作,对在整个制程节点的生存期保持结果的精确性也非常重要。极端情况下,最先采用新制程的客户,可能选择与代工厂开发和确认演变中的设计规则所用的相同验证工具,以避免选择不同EDA厂商因确保其工具结果与代工厂在制程开发中所用工具获得的结果一致所引起的延期。

与获得资格验证相比,软件优化不是独立事件,也没有终点线。它是一个往前进行的目标,就像创新的电子行业里其他任何事情一样。实际上,在获得资格验证和优化的某一阶段的任何时间点,随着新问题的出现,或代工厂和EDA厂商开发新方法来改进性能、可靠性和成品良率,总是会有几个不同的制程节点同时存在。各EDA厂商的目标是在任何时间点为其客户使用的每一制程节点提供尽可能最好、最成熟的技术。达到这个目标需要不断的实验、创新、以及代工厂、EDA厂商、设计客户三方的合作,此过程永不停止!

参考材料

[1]《中国IC设计公司在激烈挑战中前行》——IHS iSuppli市场观察,2013年2月6日。

Mentor Graphics公司代工项目主任
张淑雯

张淑雯自2004年以来一直负责Mentor Graphics的代工项目,在物理验证和可制造性设计(DFM)方面对世界顶级IC代工厂提供支持。加入Mentor前,她曾担任Macronix International公司副主任14年。淑雯获台湾国立交通大学信息管理研究所硕士学位、台湾中原大学信息与计算机工程系学士学位。