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摩尔定律唯一规则:永远不要说不可能

2017-04-24 10:10
铁马老言
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其他后端的变化

EUV显着减少了构建芯片所需的掩模层的数量,加快了制作硅片的时间。业内人士表示,现在需要大概60到90天的时间才能从代工厂获得芯片,这比先前的节点多花了大概45到60天。利用EUV减少掩模数量会有效解决这一问题。

但减少掩模只是一个因素。正如越来越多的设计规则所证明的那样,工艺变化仍然是一个主要问题。Cadence产品管理总监Christen Decoin说:“设计规则越来越多,完成设计规则所需的操作数量呈指数级别增长。DRC检验无法再通宵运行了,这总共需要四天时间。如果使用EUV,着色规则较少,但是实现它尚需时日,我们仍然需要双重曝光,虽然复杂度不会像7nm时那么糟糕。”

每个新节点的工艺过程都会增加。规格从不体现为确切的数字,所以一个掩模与另一个不同。虽然这通常在设计工具中处理,但该方法是增加时间裕度。我们需要在低产出和高性能之间权衡。 这是FD-SOI并未广泛宣传的卖点之一,部分原因在于提供FD-SOI的代工厂必须与先进的节点技术共舞。

FD-SOI只是其中的一个选择。缩小正变得越来越困难,而且它也变得越来越贵。因此,一些芯片制造商正在考虑扩展技术投资的一些替代方案。所以有些厂商回避了10nm,直接跳跃到7nm。而在7nm处,他们可以迁移到5nm,或使用不同的架构继续保持在7nm。

ASM国际首席技术官Ivo Raaijmakers说:“还有很多方法可以用于器件的架构。您可以用5nm的纳米线改变栅极长度。但是对于晶圆厂而言则会越来越昂贵,研发费用越来越高,而需要的其他技术也越来越多。”

Raaijmakers表示,现在的权衡是,在现有节点上更进一步,或直接跳到未来的节点,或是让下一个节点拥有足够多次的迭代。“对于密度的巨大挑战就像控制诸如寄生电容和电阻这类寄生效应。”

封装:摩尔定律的一部分

封装并没有被忽视,这就是为什么近日在封装方面有很多活动的原因。先进封装增加了一种全新看待的摩尔定律视角。相比于存储器、处理器、I/O这些需要在同一工艺节点处共同开发的元素,封装允许不同节点上的各个部件的混合。

这为芯片制造商开辟了新的自由度。在过去,我们很担心多大的封装适合一片硅片。这导致了一大堆问题,主要涉及生产能力和热量。电阻和电容对于信号通过越来越细的导线传播速度的影响。电阻也产生热量,这可能导致信号完整性问题、电迁移,并且可能导致质量随时间的退化。 此外,片上资源存在线路拥塞和竞争。而在45nm以下,模拟IP不再缩小,这就是为什么模拟IP厂商在其产品中增加了更多的数字电路

扇出型(fan-out)、系统级封装,以及2.5D配置彻底改变了这个等式。简化这些工艺的流程正在开发,但过去几年来,人们对于这一方法的兴趣也在迅速上升,特别是在过去12个月中,苹果公司在iPhone 7处理器采用了台积电的整合扇出(InFO),以及来自思科和华为等公司的高端2.5D网络芯片。

台积电的InFO使用扇出晶圆级封装,它大致位于2.5D与有机衬底系统级封装之间,所有这些都可以利用最先进的逻辑工艺节点,结合其他芯片或在较旧节点处开发的IP。

这里的关键是如何将芯片放在一起进行电气连接。STATS ChipPAC产品技术营销总监Seung Wook (S.W.) Yoon表示,一种新方法是使用层间电介质而不是凸块来连接裸片。“这比倒装芯片更可靠,而且没有凸块或管脚。”

我们还有更多的封装方式,对于IP供应商来说,这有巨大的好处,因为它们仍然可以销售用于最先进的芯片的老式节点开发的技术。对于模拟IP而言,IP供应商可以节约海量时间和开发成本。但它也为芯片制造商提供了降低成本的更多选择,因为它们不必将一切都缩小到同一个芯片上。这导致了半导体行业更多的合作和兴趣。

eSilicon营销副总裁Mike Gianfagna说:“这不再是疯狂的事情。几周前,我们刚刚完成了2.5D设计,使用了HBM(高带宽内存)和一个将在今年晚些时候投产的大型ASIC。这不仅仅针对ASSP供应商,他们拥有一个绝对的市场,而且成本没有对象。它正在转向ASIC,这意味着整个生态系统——包括客户,ASIC供应商,晶圆厂商,IP供应商都在为之努力。我们需要团队合作才能使新设计诞生。几年前,没有办法可以奏效。这是一个秘密社区。但是现在每个人都在谈论。”

结论

把这一切都带回摩尔定律是否有意义,我们不得而知。原来的研究是相当直截了当的,但它已经被重新诠释了很多次,现在很难说什么是摩尔定律,什么不是摩尔定律。正如Synopsys董事长兼联合首席执行官Aart de Geus所说:“如果你认为摩尔定律完全是经济学观点的话,那么就将面临巨大压力。但从技术的角度来看,还有很多地方可以去努力。八年前的争论是,finFET不会出现,因为它是垂直的、非常脆弱的结构,在经济上没有任何意义……摩尔定律的唯一规则是:永远不要说不可能。”(半导体行业观察翻译)

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