45納米FPGA明年推出 考驗(yàn)設(shè)計(jì)和制造協(xié)作

由于引入了可編程功耗技術(shù)，Altera在65納米FPGA推出時(shí)間上落后于競爭對(duì)手，其正努力在45納米工藝節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)反超，預(yù)計(jì)將于2008年推出首個(gè)45納米FPGA。45納米將繼續(xù)實(shí)現(xiàn)成本和功耗降低、性能提升，但會(huì)同時(shí)帶來設(shè)計(jì)和工藝挑戰(zhàn)，需要FPGA供應(yīng)商和晶圓代工廠間更緊密的合作。Altera宣稱其和臺(tái)積電(TSMC)這種“1+1排他性合作”模式在45納米節(jié)點(diǎn)顯示現(xiàn)更大優(yōu)勢。

在摩爾定律指引下，過去10多年來，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)仍是每兩年推出一個(gè)新工藝，預(yù)計(jì)這還會(huì)在未來10年內(nèi)持續(xù)，從目前的65納米到45納米再到32納米以下。這背后的驅(qū)動(dòng)力是每一代新工藝會(huì)將片上晶體管密度翻倍(每個(gè)晶體管的成本每年降低25~30%)，這意味著更高性能，更低成本和功耗。



Mojy Chian：45納米節(jié)點(diǎn)需要FPGA供應(yīng)商和代工廠無縫合作。


不過，Altera公司技術(shù)開發(fā)副總裁Mojy Chian博士表示，和以往不同的是，過去幾年客戶對(duì)性能、成本和功耗需求的優(yōu)先級(jí)發(fā)生了變化。他指出，2000年左右，客戶最關(guān)心性能，其次是功耗，最后是成本，但是現(xiàn)在客戶最關(guān)心成本，其次是功耗，最后才是性能。正是因?yàn)槿绱?，?5納米節(jié)點(diǎn)，Altera推出的首個(gè)器件是低成本低功耗FPGA。


作為Altera公司技術(shù)開發(fā)副總裁，Chian博士負(fù)責(zé)所有技術(shù)節(jié)點(diǎn)芯片工藝的各項(xiàng)工作，包括新技術(shù)(65nm、45nm)的工藝規(guī)劃和設(shè)計(jì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，以及提高成熟技術(shù)的產(chǎn)量、降低其缺陷密度和工廠控制等?，F(xiàn)在他的主要工作集中在45nm工藝上。


Chian表示，45nm是一個(gè)重大工藝節(jié)點(diǎn)，45nm相對(duì)于65nm的優(yōu)勢要比65nm相對(duì)于90nm的優(yōu)勢更大。這主要是應(yīng)變硅工程(Strain engineering)大大提高了晶體管性能，使晶體管級(jí)性能提高了40%以上，有利于將更多晶體管集成到有限的面積上。應(yīng)變硅、硅化鎳、低K介質(zhì)和銅互連這些技術(shù)已經(jīng)用于65納米，將繼續(xù)用于45納米工藝。


盡管45納米繼續(xù)帶來更高的價(jià)值，但也帶來了很大的挑戰(zhàn)，主要是設(shè)計(jì)和工藝間更緊密的相互依賴。45納米對(duì)器件開發(fā)帶來的挑戰(zhàn)包括：漏電流管理、電壓飽和、嚴(yán)格的設(shè)計(jì)規(guī)則、變異管理和逆溫現(xiàn)象管理等。同時(shí)45納米也提高了制造門檻，例如45納米生產(chǎn)線投資高達(dá)30億美元，工藝開發(fā)成本接近10億美元，另外還會(huì)受到光刻波長和原子尺寸限制這兩大技術(shù)挑戰(zhàn)。Chian表示，所有這些問題都不是無法解決的，但增加了開發(fā)成本，能夠跟上的廠商越來越少，促使得供應(yīng)商出現(xiàn)整合。


Chian解釋說，隨著器件越來越復(fù)雜，設(shè)計(jì)者需要在更高層面設(shè)計(jì)，但45納米有很多底層工藝需要考慮，也就是說，以前是制造時(shí)才會(huì)遇到的工藝問題，現(xiàn)在IC設(shè)計(jì)的時(shí)候就要考慮。他強(qiáng)調(diào)說：“我們開發(fā)45納米FPGA時(shí)，同時(shí)遇到艱難的設(shè)計(jì)和工藝挑戰(zhàn)，解決這個(gè)難題的唯一方法是芯片廠和代工廠間更緊密的合作”。


正是因?yàn)槿绱耍珻hian宣稱，在45納米時(shí)代，Altera和臺(tái)積電的排他性合作模式更具有優(yōu)勢。他解釋說，一是臺(tái)積電在研發(fā)、產(chǎn)量和質(zhì)量上領(lǐng)先；二是雙方在FPGA制造上的排他性合作已經(jīng)超過12年，兩者并不是簡單的供應(yīng)商-客戶關(guān)系，更好像是一家公司里的兩個(gè)部門，Altera是IC設(shè)計(jì)部門，臺(tái)積電是晶圓制造部門。他宣稱，如果采用幾家代工合作伙伴，由于幾個(gè)代工廠擔(dān)心各自的IP問題，他們間將很難達(dá)到無縫協(xié)作。


他還介紹了Altera第一片就成功(first silicon to production)的設(shè)計(jì)方法學(xué)，即在正式流片(tape out)前，采用測試芯片進(jìn)行驗(yàn)證，以保證第一片就是成功的芯片，可以交付客戶使用。由于采用了這種設(shè)計(jì)方法，Altera宣稱所有90納米工藝的器件都是第一片就可以使用，所有器件按時(shí)或提前交付，而65納米器件更是從流片到量產(chǎn)交付不到3個(gè)月。


在90納米和65納米節(jié)點(diǎn)，Altera共有9個(gè)測試芯片，45納米計(jì)劃有8個(gè)測試芯片。2005年初Altera和臺(tái)積電開始45納米工藝和設(shè)計(jì)開發(fā)協(xié)作，雙方組成了12個(gè)強(qiáng)大的聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊(duì)。目前已經(jīng)有4種研發(fā)測試芯片。Altera計(jì)劃2008年正式推出45納米器件。Chian表示，我們不僅關(guān)注上市時(shí)間，還注重高良率和低風(fēng)險(xiǎn)。


Altera在首個(gè)65納米器件推出時(shí)間上稍顯落后，Altera希望在45納米反超。Chian解釋說，一是我們?cè)?5納米上引入了可編程功耗技術(shù)這一項(xiàng)重大的技術(shù)，它針對(duì)設(shè)計(jì)中需要的地方提高性能，而把其它地方的功耗降到最低，從而降低了總功耗；二是Altera率先首布了業(yè)界首個(gè)低功耗65納米FPGA，這給客戶帶來了很大的價(jià)值，是客戶真正需要的；三是Altera的90納米器件中就已經(jīng)集成了業(yè)界領(lǐng)先的高速串行收發(fā)器。


他強(qiáng)調(diào)說，一般來說，業(yè)界都是每隔兩年推出一個(gè)新的工藝節(jié)點(diǎn)，而Altera將在明年發(fā)布首個(gè)45納米器件，僅在發(fā)布首個(gè)65納米器件一年后，將上市時(shí)間大大提前了。看來，2008年將會(huì)是FPGA巨頭們上演45納米的時(shí)候。