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EDA工具的研究难在哪里

芯片设计环节繁多、精细且繁杂,EDA对象在此中承载了极为紧张感化:①将繁杂物理问题用数学模型高度正确化表述,在虚拟软件中重现芯片制造历程中的各类物理效应和问题;②在确保逻辑功能精确的条件下,使用数学对象办理多目标多约束的最优化问题,求得特定半导体工艺前提下,机能、功耗、面积、电气特点、资源等的最优解;③验证模型同等性问题,确保芯片在多个设计环节的迭代中逻辑功能同等。

(1)先辈工艺节点:“晶圆厂+Fabless+EDA”协同推进的成果

首先,SOI、FinFET等新器件布局的发现将带来晶体管电学和物理特点的厘革;其次,在半导体工艺制造方面,摩尔定律的演进伴跟着浩繁弗成预知的物理问题徐徐浮现。处于摩尔定律推进一线的晶圆厂从材料、化学、工艺历程节制等各类制造细节来立异、调试和求证。而EDA公司借助晶圆厂积累的大年夜量测试数据探索物理效应和工艺实施细节的准确和高精度模型化。然而,这并不料味着新工艺节点研发的终点,顶尖Fabless公司将基于此模型和对象进行芯片设计与试产,并且依托强大年夜和富厚的芯片设计赓续发明和扫除新工艺节点在模型和制造中的各类量产问题。在此时代,芯片设计工程师、EDA公司的AE、晶圆厂工程师等等每每长年累月在一路办公,集中攻破新问题,修复新bug。晶圆厂、Fabless、EDA三者通力合作,反复迭代,如斯才能终极将达到商用和量产要求的工艺节点推向市场。一旦有一个环节出题,功败垂成。

是以,摩尔定律任何一代最先辈工艺节点,无一不是由拥有最先辈工艺制造前提的晶圆厂、顶尖EDA团队和设计履历富厚的Fabless公司三者合力合营推进的成果。这也是为什么台积电最先辈制程的第一批产品老是由苹果、高通华为来宣布,只有顶尖的Fabless公司才具备介入调试最先辈工艺节点的能力。这也是为什么三大年夜EDA巨子始终把控细分市场的一个紧张的缘故原由。

(2)数学问题

以一个铝互连期间工艺历程中经典的互连线误差问题为例,在形成铝互连线时二氧化硅层夹在互连图形的金属层之间,氧化物淀积在已经成形的金属层上,一样平常都邑留下一些台阶高度或者外面描写,在抱负环境下,采纳CMP措施对层间电介质进行厚度剖平后如图a所示。

但实际的环境是,虽然在特定范围内能够达到很高的平整度,但从全部芯片范围上来讲平整度就很有限,如图所示,不合的厚度又对电介质的电容等电特点孕育发生不合的影响。

EDA对象要做的事便是尽可能高精度地在虚拟的软件天下中从新和拟合类似上述现实中的物理和工艺问题,以期望在芯片设计阶段将其纳入斟酌范围之内,以系统性的措施和猜测性的裕量来应对和矫正,终极包管芯片设计仿真结果同流片结果同等。

同时,EDA对象必要对数千种情境进行快速设计探索,以求得机能、功耗、面积、资源等芯片物理指标和经济指标的平衡。跟着集成电路制造工艺进入7nm以下,数字芯片中标准单元数量已经达到亿数量级,EDA算法已经成为范例的数据密集型谋略的范例代表。且现有结构布线措施大年夜都采纳组合优化算法,可吸收的谋略光阴内,不必然能获得局部最优解,以致有可能获得一个劣解,算法繁杂度较高。以上两点导致EDA算法的谋略光阴异常冗长,以小时计。

以一个简单的布线算法示意图为例,以下动图为EDA对象在寻求源点和终点之间的金属走线规划。试想一下,芯片内部单元以亿级数量计,内部布线金属层多达数层,若何从一个点在只能走直线和90度拐弯的限制下,颠末各类弗成布线的障碍并赓续做出前行的决定,穿过层层金属,终极筹备到达芯片中的另一个点,时代探索规划的谋略空间需求伟大年夜,且整体还要满意时序和总线长最小的目标,并必须斟酌上文所述的工艺误差。

(3)半导体、数学、芯片设计三者交叉学科人才培养问题。

EDA算法问题动身点和终点是半导体工艺等物理问题,办理对象是数学问题,利用工具是芯片设计实现详细问题。一样平常来说本科生很难如斯既宽泛又详细的常识贮备和体系,是以,三大年夜EDA巨子公司研发工程师的匀称学历都很高。同时,在硕士和博士阶段,零丁从事数学、芯片设计、半导体器件和工艺的人较多,然则三者兼具的人又异常少。

我国当前仅有清华大年夜学、复旦大年夜学、浙江大年夜学、北京航空航天大年夜学、电子科技大年夜学、西安电子科技大年夜学、福州大年夜学等少数黉舍从事EDA偏向的钻研和人才培养。尤其是清华大年夜学谋略机系在1970年代就开始相关钻研,为我国国产熊猫EDA对象(华大年夜前身)、华大年夜九天EDA对象的研发做出了很大年夜的供献,而且培养了大年夜量的EDA算法人才。

值得欣喜的是,海内EDA的研发气力近几年也有长足的进步。2017年6月在集成电路谋略机帮助设计领域的旗舰会议--第54届设计自动会议(ACM/IEEEDesignAutomationConference2017)上,福州大年夜学陈建利师长教师的论文TowardOpTImalLegalizaTIonforMixed-Cell-HeightCircuitDesigns得到最佳论文奖(作者:JianliChen,ZiranZhu,WenxingZhu,Yao-wenChang)。这是54年来中国大年夜陆作者第一次以第一单位/第一作者得到该会议最佳论文奖。

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