45納米FPGA明年推出 考驗設計和制造協(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)間上落后于競爭對手，其正努力在45納米工藝節點(diǎn)上實(shí)現反超，預計將于2008年推出首個(gè)45納米FPGA。45納米將繼續實(shí)現成本和功耗降低、性能提升，但會(huì )同時(shí)帶來(lái)設計和工藝挑戰，需要FPGA供應商和晶圓代工廠(chǎng)間更緊密的合作。Altera宣稱(chēng)其和臺積電(TSMC)這種“1+1排他性合作”模式在45納米節點(diǎn)顯示現更大優(yōu)勢。

在摩爾定律指引下，過(guò)去10多年來(lái)，半導體產(chǎn)業(yè)仍是每?jì)赡晖瞥鲆粋€(gè)新工藝，預計這還會(huì )在未來(lái)10年內持續，從目前的65納米到45納米再到32納米以下。這背后的驅動(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(zhù)更高性能，更低成本和功耗。



Mojy Chian：45納米節點(diǎn)需要FPGA供應商和代工廠(chǎng)無(wú)縫合作。


不過(guò)，Altera公司技術(shù)開(kāi)發(fā)副總裁Mojy Chian博士表示，和以往不同的是，過(guò)去幾年客戶(hù)對性能、成本和功耗需求的優(yōu)先級發(fā)生了變化。他指出，2000年左右，客戶(hù)最關(guān)心性能，其次是功耗，最后是成本，但是現在客戶(hù)最關(guān)心成本，其次是功耗，最后才是性能。正是因為如此，在65納米節點(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(kāi)發(fā)副總裁，Chian博士負責所有技術(shù)節點(diǎn)芯片工藝的各項工作，包括新技術(shù)(65nm、45nm)的工藝規劃和設計基礎結構，以及提高成熟技術(shù)的產(chǎn)量、降低其缺陷密度和工廠(chǎng)控制等?，F在他的主要工作集中在45nm工藝上。


Chian表示，45nm是一個(gè)重大工藝節點(diǎn)，45nm相對于65nm的優(yōu)勢要比65nm相對于90nm的優(yōu)勢更大。這主要是應變硅工程(Strain engineering)大大提高了晶體管性能，使晶體管級性能提高了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，將繼續用于45納米工藝。


盡管45納米繼續帶來(lái)更高的價(jià)值，但也帶來(lái)了很大的挑戰，主要是設計和工藝間更緊密的相互依賴(lài)。45納米對器件開(kāi)發(fā)帶來(lái)的挑戰包括：漏電流管理、電壓飽和、嚴格的設計規則、變異管理和逆溫現象管理等。同時(shí)45納米也提高了制造門(mén)檻，例如45納米生產(chǎn)線(xiàn)投資高達30億美元，工藝開(kāi)發(fā)成本接近10億美元，另外還會(huì )受到光刻波長(cháng)和原子尺寸限制這兩大技術(shù)挑戰。Chian表示，所有這些問(wèn)題都不是無(wú)法解決的，但增加了開(kāi)發(fā)成本，能夠跟上的廠(chǎng)商越來(lái)越少，促使得供應商出現整合。


Chian解釋說(shuō)，隨著(zhù)器件越來(lái)越復雜，設計者需要在更高層面設計，但45納米有很多底層工藝需要考慮，也就是說(shuō)，以前是制造時(shí)才會(huì )遇到的工藝問(wèn)題，現在IC設計的時(shí)候就要考慮。他強調說(shuō)：“我們開(kāi)發(fā)45納米FPGA時(shí)，同時(shí)遇到艱難的設計和工藝挑戰，解決這個(gè)難題的唯一方法是芯片廠(chǎng)和代工廠(chǎng)間更緊密的合作”。


正是因為如此，Chian宣稱(chēng)，在45納米時(shí)代，Altera和臺積電的排他性合作模式更具有優(yōu)勢。他解釋說(shuō)，一是臺積電在研發(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(guò)12年，兩者并不是簡(jiǎn)單的供應商-客戶(hù)關(guān)系，更好像是一家公司里的兩個(gè)部門(mén)，Altera是IC設計部門(mén)，臺積電是晶圓制造部門(mén)。他宣稱(chēng)，如果采用幾家代工合作伙伴，由于幾個(gè)代工廠(chǎng)擔心各自的IP問(wèn)題，他們間將很難達到無(wú)縫協(xié)作。


他還介紹了Altera第一片就成功(first silicon to production)的設計方法學(xué)，即在正式流片(tape out)前，采用測試芯片進(jìn)行驗證，以保證第一片就是成功的芯片，可以交付客戶(hù)使用。由于采用了這種設計方法，Altera宣稱(chēng)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納米節點(diǎn)，Altera共有9個(gè)測試芯片，45納米計劃有8個(gè)測試芯片。2005年初Altera和臺積電開(kāi)始45納米工藝和設計開(kāi)發(fā)協(xié)作，雙方組成了12個(gè)強大的聯(lián)合研發(fā)團隊。目前已經(jīng)有4種研發(fā)測試芯片。Altera計劃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。


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(shuō)，一是我們在65納米上引入了可編程功耗技術(shù)這一項重大的技術(shù)，它針對設計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(hù)帶來(lái)了很大的價(jià)值，是客戶(hù)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。


他強調說(shuō)，一般來(lái)說(shuō)，業(yè)界都是每隔兩年推出一個(gè)新的工藝節點(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?？磥?lái)，2008年將會(huì )是FPGA巨頭們上演45納米的時(shí)候。