45nm機(jī)遇、挑戰(zhàn)和新的協(xié)作模型

　　Altera計(jì)劃2008年推出45nm產(chǎn)品。45nm工藝可以為客戶帶來(lái)價(jià)值，但是提高了廠商進(jìn)入的門(mén)檻，使45nm是重量級(jí)廠商才能玩得起的游戲。45nm使FPGA有更多的機(jī)會(huì)進(jìn)入ASIC領(lǐng)域，因ASIC的開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)更高。45nm開(kāi)發(fā)的三要素是：選擇正確的合作伙伴;投片的第一個(gè)硅片就可以交付給用戶;IC設(shè)計(jì)和生產(chǎn)緊密合作。

　　45nm芯片性能更高

　　從技術(shù)演化圖的發(fā)展可知，十年來(lái)，半導(dǎo)體業(yè)每?jī)赡晖瞥鲆粋€(gè)新的工藝節(jié)點(diǎn)，這種趨勢(shì)還將繼續(xù)保持著，并向35nm、22nm節(jié)點(diǎn)推進(jìn)。其背后的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自于成本降低和硅片尺寸的減少。例如，密度比上一節(jié)點(diǎn)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(shí)，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(jí)發(fā)生改變。在90年代末到2000年初，客戶最關(guān)心性能，其次是功耗、成本。這兩年，用戶最關(guān)心成本，之后是功耗、性能。45nm應(yīng)變硅工程可提高三級(jí)管的性能達(dá)40%以上。

　　設(shè)計(jì)門(mén)檻提高

　　45nm提高了進(jìn)入門(mén)檻，首先是由高昂的開(kāi)發(fā)成本帶來(lái)的。芯片的研發(fā)成本從一代到下一代至少增加50%，同時(shí)掩膜成本增加。

　　其次，工藝和設(shè)計(jì)之間的關(guān)系越來(lái)越緊密，因此諸如光刻、器件建模、可制造設(shè)計(jì)、可靠性等工藝生產(chǎn)型問(wèn)題，不得不在IC設(shè)計(jì)過(guò)程中被考慮到。

　　再有，45nm研發(fā)的技術(shù)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(lái)實(shí)現(xiàn)了。器件布局比原來(lái)更受限制。由于采用了應(yīng)變硅工程，改善了三級(jí)管之間的距離。三極管也不像過(guò)去隨溫度變化的現(xiàn)象那么明顯，因此可把過(guò)去高性能三極管變成功耗較低的三極管。

　　制造門(mén)檻提高

　　投資一條45nm生產(chǎn)線成本30億美元左右，每個(gè)新工藝開(kāi)發(fā)成本接近10億美元。工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程中我們遇到了兩個(gè)問(wèn)題，光的波長(zhǎng)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(jī)，幾乎達(dá)到了原子尺寸極限。門(mén)極氧化物厚度接近3~4個(gè)原子。所以原子漂移和數(shù)量多少會(huì)極大地影響三極管的性能。

　　三項(xiàng)措施

　　Altera主要有三個(gè)戰(zhàn)略：1，選擇正確的合作廠商，Altera是fabless(無(wú)芯片生產(chǎn)線)廠商，因此選擇TSMC(臺(tái)積電)作為芯片代工廠。2，采用“硅片率先投產(chǎn)”設(shè)計(jì)方法，即投片的第一個(gè)硅片就可以交付給用戶生產(chǎn)。3，進(jìn)行協(xié)作設(shè)計(jì)和工藝開(kāi)發(fā)，Altera與TSMC的協(xié)作關(guān)系更像是一家公司的兩個(gè)部門(mén)，兩家公司共同成立了12個(gè)聯(lián)合開(kāi)發(fā)組，以共同應(yīng)對(duì)45nm的挑戰(zhàn)。