機器學(xué)習如何賦能EDA

在20／22nm引入FinFET以后，先進(jìn)工藝變得越來(lái)越復雜。在接下來(lái)的發(fā)展中，實(shí)現“每?jì)赡陮⒕w管數量增加一倍，性能也提升一倍”變得越來(lái)越困難。摩爾定律的發(fā)展遇到了瓶頸，先進(jìn)制程前進(jìn)的腳步開(kāi)始放緩。

但是由于當今先進(jìn)電子設備仍需求先進(jìn)工藝的支持，因此，還有一些晶圓廠(chǎng)還在致力于推動(dòng)先進(jìn)制程的繼續發(fā)展。這些晶圓廠(chǎng)與EDA企業(yè)之間的合作，推動(dòng)了先進(jìn)制程的進(jìn)步。從整體上看，當先進(jìn)制程進(jìn)入到14nm/7nm時(shí)代后，EDA工具的引入可以縮短研發(fā)周期，尤其是針對后端設計制造工具的更新，EDA起到了至關(guān)重要的作用。

EDA能夠解決先進(jìn)制程的哪些難題？

對于半導體晶圓代工廠(chǎng)而言，制造是否成功取決于其控制設計制造工藝窗口的能力，即他們不僅要能夠最大限度地擴大工藝窗口，還要能夠在盡可能短的時(shí)間內預防、發(fā)現、評估和修復熱點(diǎn)。EDA的出現，有效地解決了這些在半導體制造過(guò)程中產(chǎn)生的難題。

7nm 以下技術(shù)給半導體制造帶來(lái)的挑戰

在眾多EDA工具中，Mentor所推出的Calibre平臺，憑借著(zhù)出色性能，高準確性和可靠性，成為了IC物理驗證和制造領(lǐng)域中的領(lǐng)導者，并被全球主流的晶圓廠(chǎng)廣泛采用。

機器學(xué)習功能為EDA帶來(lái)改變

當先進(jìn)制程進(jìn)入到10nm以后，在保障良率和性能的情況下，率先推出相關(guān)產(chǎn)品，成為了搶占市場(chǎng)先機的不二法門(mén)。在這個(gè)過(guò)程當中，EDA工具也成為了快速推動(dòng)產(chǎn)品面市的一個(gè)因素。

但是由于晶體管密度的增加，使得與之相關(guān)的計算量也增大了數倍，因此，設計人員和晶圓代工廠(chǎng)需要IC設計制造軟件在準確性和速度方面進(jìn)行更大幅度的改進(jìn)。機器學(xué)習的出現讓這一難題有了解決方案。機器學(xué)習能夠分擔設計制造過(guò)程中耗時(shí)費工的任務(wù)，讓產(chǎn)品生產(chǎn)周期縮短、設計品質(zhì)提高。因此，將機器學(xué)習功能賦予EDA工具，也被業(yè)界視為是未來(lái)EDA的發(fā)展方向之一。

針對這一市場(chǎng)需求，Mentor推出了帶有機器學(xué)習功能的Calibre IC制造工具。目前，用于IC制造的Calibre工具和應用程序已經(jīng)具有完全集成的機器學(xué)習基礎平臺。Calibre典型的機器學(xué)習系統包含一個(gè)訓練模型，目的是通過(guò)創(chuàng )建一個(gè)準確的模型，來(lái)正確解答IC制造過(guò)程中所出現的問(wèn)題。完成訓練后，需要對模型進(jìn)行評估并將其用于推理。所有這些都與Calibre核心架構集成在一起，實(shí)現無(wú)縫協(xié)作。

Calibre架構整合了機器學(xué)習的體系

Calibre平臺助推先進(jìn)節點(diǎn)的面市

通過(guò)具有機器學(xué)習功能的Calibre平臺，可以對IC制造應用進(jìn)行改進(jìn)，包括工藝建模、光學(xué)鄰近效應修正(OPC)和光刻友好性設計(LFD)三個(gè)方面。

具體來(lái)看，在工藝建模領(lǐng)域，Calibre可以通過(guò)機器學(xué)習提高準確性。5nm及更小節點(diǎn)的建模準確性要求比以往更加嚴格，將機器學(xué)習功能賦予EDA工具能夠在準確度和速度方面上有所保障。Calibre的機器學(xué)習建模架構旨在保留直接捕獲物理現象的信息通道，同時(shí)在復雜性、運行時(shí)間和準確性之間保持平衡。與基準結果相比，Calibre機器學(xué)習模型在不對所測數據做任何更改的情況下，可以將模型的準確性提高多達40%。

（與傳統工藝模型 (CM1) 相比，NNAM（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )輔助模型）提高了準確性。）

OPC有助于解決光的局限性，以保持原始設計在經(jīng)過(guò)光刻后，其在硅晶圓上的蝕刻圖像的完整性。Calibre作為OPC工具市場(chǎng)的領(lǐng)導者，也正在將更多的功能賦予這類(lèi)工具，以支持日漸縮小的工藝技術(shù)路線(xiàn)圖（最新發(fā)展已達 3 納米節點(diǎn)）。這種新功能就是機器學(xué)，該功能特別有助于縮短周轉時(shí)間 (交付生產(chǎn)所需的可制造掩膜需要花費的時(shí)間，TAT)。據Mentor官方介紹顯示，采用了機器學(xué)習的Calibre OPC將運行時(shí)間縮短了3倍。除此之外，機器學(xué)習OPC還有具有額外的好處，即可以通過(guò)被稱(chēng)為“邊緣放置誤差 (EPE) ”的準確性指標來(lái)提高OPC的準確性。

（機器學(xué)習縮短了 OPC 運行時(shí)間并提高了準確性）

在10nm及更小節點(diǎn)上，蝕刻工藝對精確控制關(guān)鍵尺寸(CD)的影響變得非常重要。蝕刻工藝非常復雜，因此OPC使用了更近似的經(jīng)驗蝕刻模型。Calibre實(shí)現了一種適用于刻蝕模型的機器學(xué)習的新方法，經(jīng)證明，可在準確性和可預測性方面實(shí)現2-4倍的改進(jìn)。

（使用機器學(xué)習的蝕刻建模提高了準確性和可預測性）

除此以外，10nm以下的光刻熱點(diǎn)檢測運行時(shí)間也在持續增加，設計人員必須采用新的可制造性設計(DFM)技術(shù)來(lái)加速高級驗證過(guò)程?？s短運行時(shí)間的方法之一是減少用于仿真的數據量。為滿(mǎn)足這一市場(chǎng)需求，Calibre開(kāi)發(fā)了一種使用機器學(xué)習的快速、準確的光刻熱點(diǎn)檢測方法。這種方法即機器學(xué)習LFD流程，也是一種“快速 LFD”流程，其中仿真區域的選擇是以經(jīng)訓練的機器學(xué)習模型預測的位置為依據。利用此流程，Calibre用戶(hù)可體驗到10倍的計算速度提升。

（機器學(xué)習縮短了 OPC 運行時(shí)間并提高了準確性）

通過(guò)以上的結果表明，將機器學(xué)習功能賦予EDA可以提升半導體制造的智能化水平和速度。同時(shí)，根據美國國防高級研究計劃局(DARPA)的電子資產(chǎn)智能設計(IDEA)項目來(lái)看，其所要推動(dòng)的正是EDA工具的發(fā)展，在這個(gè)過(guò)程中，機器學(xué)習功能將發(fā)揮重要的作用。由此來(lái)看，具有機器學(xué)習功能的EDA將會(huì )成為未來(lái)半導體制造中的重要組成部分，Mentor作為其中的一份子，通過(guò)了解他所提供的新工具，或許能讓我們洞悉未來(lái)半導體制造需要怎樣的EDA工具