臺(tái)積電公布將模擬設(shè)計(jì)遷移到3納米的方法

來(lái)源：EETOP 

模擬單元設(shè)計(jì)和工藝節(jié)點(diǎn)演進(jìn)的方法數(shù)字單元有很大不同，因?yàn)槟M單元的輸入和輸出往往有一個(gè)隨時(shí)間變化的電壓水平，而不是僅僅在1和0之間切換。臺(tái)積電的Kenny Hsieh在最近的北美OIP活動(dòng)上發(fā)表了關(guān)于模擬單元工藝節(jié)點(diǎn)遷移的主題，提出了臺(tái)積電應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的方法。總結(jié)如下：

從N7到N5再到N3，模擬設(shè)計(jì)規(guī)則的數(shù)量急劇增加，同時(shí)需要考慮更多的布局效應(yīng)。模擬單元的高度往往是不規(guī)則的，所以沒(méi)有像標(biāo)準(zhǔn)單元那樣的基臺(tái)(abutment)。附近的晶體管布局會(huì)影響相鄰晶體管的性能，需要花費(fèi)更多時(shí)間進(jìn)行驗(yàn)證。

臺(tái)積電從N5節(jié)點(diǎn)開(kāi)始對(duì)模擬單元采取的方法是使用具有固定單元高度的布局，支持單元的基臺(tái)以形成陣列，重復(fù)使用 Metal 0 及以下的預(yù)繪制布局，并且經(jīng)過(guò)硅驗(yàn)證。模擬單元的 PDK 內(nèi)部是有源單元，加上所有其他參數(shù)：CMOS、保護(hù)環(huán)、CMOS tap、變?nèi)荻O管等。

模擬單元現(xiàn)在使用固定高度，放置在軌道（track）中，您可以在其中使用基臺(tái)，甚至可以自定義過(guò)渡（transition）、tap和保護(hù)區(qū)域。模擬單元的所有可能組合都經(jīng)過(guò)詳盡的預(yù)驗(yàn)證。

模擬單元

通過(guò)這種模擬單元方法，可以實(shí)現(xiàn)均勻的氧化物擴(kuò)散 (OD) 和多晶硅 (PO)，從而提高硅產(chǎn)量。

模擬單元版圖

模擬單元版圖自動(dòng)化

通過(guò)限制模擬單元內(nèi)的模擬晶體管使用更有規(guī)律的模式，那么就可以更容易地使用布局自動(dòng)化，如：使用模板自動(dòng)布局、具有電氣感知寬度和空間的自動(dòng)布線，以及添加備用晶體管以支持設(shè)計(jì)過(guò)程中后來(lái)出現(xiàn)的任何ECO。

模擬單元的常規(guī)布局

在節(jié)點(diǎn)之間遷移時(shí)，原理圖拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被重新使用，而每個(gè)器件的寬度和長(zhǎng)度確實(shí)發(fā)生了變化。APR的設(shè)置是針對(duì)單元中的每個(gè)模擬元件進(jìn)行調(diào)整的。對(duì)電流和寄生匹配等模擬指標(biāo)的APR約束使這個(gè)過(guò)程更加智能。為了支持ECO流程，有一個(gè)自動(dòng)備用晶體管插入的功能。自2021年以來(lái)，Cadence和Synopsys都與臺(tái)積電合作，以實(shí)現(xiàn)這種改進(jìn)的模擬自動(dòng)化方法。

將模擬電路遷移到新的工藝節(jié)點(diǎn)需要一系列設(shè)備映射、電路優(yōu)化、版圖重用、模擬 APR、EM 和 IR 修復(fù)以及版圖后仿真。在映射期間，使用 Id 飽和方法，其中器件根據(jù)其上下文自動(dòng)識(shí)別。

偽布局后仿真可以使用估計(jì)值和一些完全提取的值來(lái)縮短分析循環(huán)。Cadence和Synopsys對(duì)IC布局工具的增強(qiáng)現(xiàn)在支持原理圖遷移、電路優(yōu)化和版圖遷移步驟。

使用自動(dòng)化步驟和模板方法將 N4 的 VCO 布局遷移到 N3E 節(jié)點(diǎn)，重用差分對(duì)和電流鏡像設(shè)備的布局和方向。將新的自動(dòng)化遷移方法與手動(dòng)方法進(jìn)行比較，其中手動(dòng)遷移所需時(shí)間為 50 天，而自動(dòng)化僅需 20 天，因此生產(chǎn)率提高了 2.5 倍。早期的 EM、IR 和寄生 RC 檢查是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力提升的基礎(chǔ)。

N4 到 N3E VCO 布局遷移

環(huán)形 VCO 也使用 Pcells 從 N40 手動(dòng)和自動(dòng)遷移到 N22 節(jié)點(diǎn)。通過(guò)使用自動(dòng)化流程，生產(chǎn)率提高了 2 倍。Pcells 有更多的限制，所以生產(chǎn)率的提高相對(duì)較少。

總結(jié)

臺(tái)積電通過(guò)以下方式應(yīng)對(duì)模擬單元遷移的挑戰(zhàn)：與Cadence和Synopsys等EDA供應(yīng)商合作修改他們的工具，使用固定高度的模擬單元以實(shí)現(xiàn)更多的布局自動(dòng)化，以及采用與數(shù)字流程類似的策略。兩個(gè)遷移實(shí)例表明，當(dāng)使用較小的節(jié)點(diǎn)，如N5到N3時(shí)，生產(chǎn)率的提高可以達(dá)到2.5倍。即使是像N40這樣的成熟節(jié)點(diǎn)，使用Pcells也可望有2倍的生產(chǎn)率提高。

原文

https://semiwiki.com/semiconductor-manufacturers/321960-tsmc-oip-analog-cell-migration/