¡Avance significativo en el software RF EDA nacional! Mao Junfa, académico de la Academia China de Ciencias, habla sobre la dirección y el camino a seguir en el desarrollo de circuitos integrados heterogéneos de semiconductores.

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2022-03-17 286

El 9 de junio, en la Conferencia Mundial de Semiconductores de 2021 y la Exposición Internacional de Semiconductores de Nanjing, Mao Junfa, académico de la Academia China de Ciencias, miembro del Comité Permanente del Comité del Partido y Vicepresidente de la Universidad Jiao Tong de Shanghái, afirmó que los circuitos integrados constituyen una industria estratégica de demanda nacional. En 2020, China importó circuitos integrados por valor de 350 millones de dólares estadounidenses (176 millones de dólares estadounidenses en importaciones de petróleo ese mismo año). Los chips de alta gama de mi país dependen básicamente de las importaciones.

Imagen: Mao Junfa, académico de la Academia China de Ciencias, miembro del Comité Permanente del Comité del Partido y vicepresidente de la Universidad Jiao Tong de Shanghái.

Específicamente señaló tres razones por las que los circuitos integrados de China están rezagados: 1. El EDA está rezagado. Hay muchos algoritmos de investigación en esta etapa, pero están muy dispersos, sin capacidades de planificación, integración y formación. Las capacidades de ingeniería de software a gran escala son débiles y la experiencia es baja, y los usuarios están dispuestos a utilizar herramientas de software nacionales; 2. El equipo está rezagado, lo que se debe principalmente a factores como las capacidades generales y el entorno del mercado; 3. Los dispositivos y circuitos están rezagados, los materiales de rendimiento están rezagados; y la precisión y estabilidad del proceso son insuficientes.

Ahora, incluso si tienes dinero, no puedes comprar circuitos integrados. En mayo de 2020, el Departamento de Comercio de EE. UU. anunció restricciones exhaustivas a la compra por parte de Huawei de productos semiconductores fabricados con tecnología estadounidense; en abril de 2021, los legisladores estadounidenses propusieron controles de exportación para todas las empresas chinas de chips con tecnología inferior a 14 nm.

Actualmente, existen dos vías principales para el desarrollo de chips: una es seguir la Ley de Moore; la otra, desviarse de ella. Todos conocen bien la Ley de Moore. Ahora nos enfrentamos a diversos desafíos, como los relacionados con los límites físicos, los medios tecnológicos y los costes económicos. Calcular los aspectos económicos ya es demasiado complejo. Existen muchas maneras de eludir la Ley de Moore. El académico Mao Junfa considera que una de ellas son los circuitos integrados heterogéneos.

Los circuitos integrados heterogéneos de semiconductores serán una de las posibles vías para que los chips chinos tomen la delantera en ciertos segmentos del mercado.

Los circuitos integrados heterogéneos semiconductores, dijo el académico Mao Junfa, se logran integrando dispositivos semiconductores compuestos de alto rendimiento o chips en diferentes nodos de proceso y dispositivos altamente integrados de bajo costo basados en silicio en chips (ambos incluyen dispositivos o chips optoelectrónicos), e integrándolos con componentes pasivos o antenas a través de síntesis de unión heterogénea o crecimiento externo. El académico Mao señaló que los circuitos integrados heterogéneos tienen características sobresalientes: primero, pueden integrar las ventajas de diferentes materiales semiconductores, procesos, estructuras y componentes o chips; segundo, adoptan conceptos de diseño de sistema; tercero, aplican tecnologías avanzadas como IP y chips pequeños; tienen estructuras de alta densidad 2.5D o 3D. Los circuitos integrados heterogéneos tienen ventajas obvias: primero, pueden lograr funciones complejas potentes, excelente rendimiento integral y superar los límites de rendimiento de un solo proceso semiconductor; segundo, tienen gran flexibilidad, alta confiabilidad y ciclos cortos de investigación y desarrollo; tercero, la integración tridimensional puede lograr miniaturización y peso ligero; Los requisitos para los equipos de semiconductores son relativamente bajos y no están limitados por las máquinas de litografía EUV.

Introdujo específicamente los circuitos integrados heterogéneos de ondas milimétricas. "Las ondas milimétricas son una banda de frecuencia de 30 G a 300 G. Tienen un ancho de banda amplio y dispositivos miniaturizados, por lo que también es una dirección clave para el desarrollo de circuitos integrados heterogéneos semiconductores en el mundo. Hay tres razones especiales para los tres principales actores del mercado, y la demanda de circuitos integrados heterogéneos es más urgente: Primero, para satisfacer muchas necesidades, desde 5G y 6G hasta navegación aeroespacial hasta conducción no tripulada e inteligencia. La tecnología de ondas milimétricas es necesaria desde equipos hasta el Internet de las cosas; segundo, los sistemas de ondas milimétricas incluyen circuitos digitales, circuitos analógicos y circuitos de microondas de radiofrecuencia, por lo que la integración heterogénea es más urgente; tercero, los desafíos y problemas que enfrenta la heterogeneidad de ondas milimétricas son más severos y complejos. Debido a la alta frecuencia y los parámetros distribuidos, evoluciona de "carretera" a campo; la distancia entre módulos es de solo microsegundos y el acoplamiento es estrecho, lo que hace que el proceso de diseño sea más complejo.

El académico Mao Junfa señaló que la importancia científica del estudio de los circuitos integrados heterogéneos de semiconductores es significativa. Mediante los circuitos integrados, podemos evolucionar desde el actual proceso homogéneo único a la integración de múltiples procesos heterogéneos, desde la integración planar bidimensional actual a la integración tridimensional, y desde el enfoque descendente al ascendente, lo que permite la realización de sistemas complejos de alto rendimiento. Su valor reside, en primer lugar, en que representa una nueva vía para el desarrollo de la tecnología de integración de sistemas electrónicos; en segundo lugar, constituye una nueva dirección para el desarrollo de los circuitos integrados en la era posterior a Moore; y, finalmente, también representa una nueva oportunidad para que los circuitos integrados de semiconductores de nuestro país cambien de rumbo y alcancen un desarrollo acelerado.

Estados Unidos espera que, mediante circuitos integrados heterogéneos, pueda mejorar el rendimiento del sistema eléctrico diez veces, aumentar la capacidad y la velocidad de detección cien veces y reducir el tamaño, el peso y el consumo de energía a cien veces el nivel actual.

Un avance significativo en el software RF EDA nacional logra resultados notables.

El diseño es la base de la cadena de valor de la industria de radiofrecuencia (RF), y el software de automatización del diseño electrónico (EDA) de RF es fundamental para el diseño de circuitos de RF y un pilar importante de la industria. En esta conferencia, el académico Mao Junfa afirmó que, en respuesta a la urgente necesidad de China de software EDA para circuitos de RF con control independiente, el equipo de investigación de Mao Junfa, académico de la Academia China de Ciencias y vicerrector de la Universidad Jiao Tong de Shanghái, y el profesor Wu Linsheng desarrollaron y lanzaron al mercado un conjunto completo de software de simulación EDA de RF, que obtuvo las diez medallas de oro en ciencia y tecnología más importantes de las universidades chinas. En 2020, el equipo de investigación de Mao Junfa ganó otro proyecto nacional de interfaz de radiofrecuencia 6G.

El académico Mao Junfa afirmó que su equipo y el equipo de investigación del profesor Wu Linsheng colaboraron con Xinhe Semiconductor Technology (Shanghai) Co., Ltd. y, con el apoyo del Proyecto Nacional 973, la Fundación Nacional de Ciencias Naturales, el Proyecto Nacional de Gran Envergadura, el Proyecto del Plan de Investigación Científica de la Comisión de Ciencia y Tecnología de Shanghái, entre otros, propusieron algoritmos eficientes de modelado de simulación electromagnética y multifísica, y desarrollaron de forma independiente software de simulación para lograr el diseño colaborativo automatizado multifísico y multifuncional de dispositivos. Con base en estos resultados, establecieron conjuntamente una biblioteca de propiedad intelectual (PI) para dispositivos pasivos integrados y desarrollaron diversos productos. Estos se han promovido y aplicado en muchos campos, como las comunicaciones móviles, las comunicaciones por satélite y los circuitos integrados, y han contribuido significativamente a que China rompa el bloqueo internacional en el campo del software EDA de radiofrecuencia.

Según el académico Mao, han colaborado con Xinhe Semiconductor Technology (Shanghai) Co., Ltd. y han lanzado un total de 48 herramientas de software comerciales RF EDA nacionales y 500 modelos PDK de alta precisión. Además, su biblioteca de IP de dispositivos pasivos integrados, compatible con el proceso de SMIC, ha alcanzado una producción en masa de 350 millones de unidades, logrando así el control independiente de las herramientas EDA de circuitos integrados RF pasivos. Actualmente, esta serie de software comercial RF EDA nacional, desarrollado conjuntamente, es utilizada por 200 clientes en los sectores de semiconductores, aeroespacial, radar, comunicaciones, automoción y otros. Entre los usuarios del sistema se encuentran ZTE, Huawei, Lenovo, Foxconn, Hualan, China Electronics, AVIC y muchas otras empresas, y se ha exportado a compañías de renombre internacional como Cisco, Intel, IBM, Apple, etc.

El académico Mao Junfa también compartió los últimos avances en radares de reconocimiento de gestos 4D, micrófonos de radar de ondas milimétricas, radares biológicos de ondas milimétricas, radares integrados heterogéneos en chip de banda Wi-Fi y filtros de paso de banda simple/doble basados en tecnología BCB multicapa.

Finalmente, afirmó que los objetivos de investigación para los próximos cinco años se centran en tecnologías clave, incluyendo la tecnología EDA y el software, como la construcción inversa de modelos y la tecnología de colaboración multifuncional de alto rendimiento. El software permite analizar y diseñar circuitos integrados heterogéneos de 3 capas y 6 chips, con una frecuencia de verificación de hasta 325 GHz. Los avances en estas tecnologías proporcionarán soporte técnico fundamental e independiente para el desarrollo de nuevas infraestructuras nacionales importantes y equipos esenciales como las comunicaciones móviles, el Internet de las Cosas y la detección por radar. Los objetivos de investigación para los próximos 10 años incluyen la integración de la optoelectrónica y la electrónica, un proceso más complejo. Asimismo, esperamos superar el proceso de crecimiento heterogéneo y comercializar plenamente el software.

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