Svolta nel software EDA RF in Cina! Mao Junfa, accademico dell'Accademia cinese delle scienze, parla della direzione e del percorso di innovazione dei circuiti integrati eterogenei a semiconduttore.

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2022-03-17 286

Il 9 giugno, in occasione della Conferenza Mondiale sui Semiconduttori 2021 e dell'Esposizione Internazionale sui Semiconduttori di Nanchino, Mao Junfa, accademico dell'Accademia Cinese delle Scienze, membro del Comitato Permanente del Comitato del Partito e Vice Rettore dell'Università Jiao Tong di Shanghai, ha affermato che i circuiti integrati rappresentano un settore strategico di primaria importanza per la Cina. Nel 2020, la Cina ha importato circuiti integrati per un valore di 350 miliardi di dollari (pari ai 176 miliardi di dollari di importazioni di petrolio nello stesso anno). I chip di fascia alta del nostro Paese dipendono sostanzialmente dalle importazioni.

Nella foto: Mao Junfa, accademico dell'Accademia cinese delle scienze, membro del Comitato permanente del Comitato del Partito e vicepresidente dell'Università Jiao Tong di Shanghai.

Ha specificamente indicato tre ragioni per cui i circuiti integrati cinesi sono in ritardo: 1. L'EDA è in ritardo. Ci sono molti algoritmi di ricerca in questa fase, ma sono molto frammentati, senza capacità di pianificazione, integrazione e formazione. Le capacità di ingegneria del software su larga scala sono deboli e l'esperienza è scarsa, e gli utenti sono disposti a utilizzare strumenti software nazionali; 2. Le apparecchiature sono in ritardo, il che è dovuto principalmente a fattori quali le capacità generali e il contesto di mercato; 3. I dispositivi e i circuiti sono in ritardo, e i materiali ad alte prestazioni sono insufficienti; inoltre, la precisione e la stabilità dei processi sono inadeguate.

Ora, anche se si hanno soldi, non è possibile acquistare circuiti integrati. Nel maggio 2020, il Dipartimento del Commercio degli Stati Uniti ha annunciato restrizioni complete sull'acquisto da parte di Huawei di prodotti semiconduttori realizzati con tecnologia statunitense; nell'aprile 2021, i legislatori statunitensi hanno proposto controlli sulle esportazioni per tutte le aziende cinesi di chip con tecnologia inferiore a 14 nm.

Attualmente, esistono due principali percorsi di sviluppo per i chip: uno consiste nel proseguire secondo la Legge di Moore; l'altro nel deviare da essa. Tutti conoscono la Legge di Moore. Ora ci troviamo di fronte ad alcune sfide, tra cui quelle relative ai limiti fisici, ai mezzi tecnologici e ai costi economici. Il solo calcolo dei costi economici è estremamente complesso. Esistono molti modi per aggirare la Legge di Moore. L'accademico Mao Junfa ritiene che uno di questi sia rappresentato dai circuiti integrati eterogenei.

I circuiti integrati eterogenei a semiconduttore saranno una delle possibili strade per i chip cinesi per superare gli altri

I circuiti integrati eterogenei a semiconduttore, ha affermato l'Accademico Mao Junfa, si ottengono integrando dispositivi o chip a semiconduttore composti ad alte prestazioni in diversi nodi di processo e dispositivi altamente integrati a basso costo a base di silicio in chip (entrambi includono dispositivi o chip optoelettronici), e integrandoli con componenti passivi o antenne attraverso la sintesi di legame eterogeneo o la crescita esterna. L'Accademico Mao ha sottolineato che i circuiti integrati eterogenei presentano caratteristiche eccezionali: in primo luogo, possono integrare i vantaggi di diversi materiali, processi, strutture e componenti o chip a semiconduttore; in secondo luogo, adottano concetti di progettazione di sistema; in terzo luogo, applicano tecnologie avanzate come IP e chip di piccole dimensioni; hanno strutture ad alta densità 2.5D o 3D. I circuiti integrati eterogenei hanno vantaggi evidenti: in primo luogo, possono raggiungere potenti funzioni complesse, eccellenti prestazioni complessive e superare i limiti prestazionali di un singolo processo a semiconduttore; in secondo luogo, hanno grande flessibilità, elevata affidabilità e cicli di ricerca e sviluppo brevi; In terzo luogo, l'integrazione tridimensionale consente di ottenere miniaturizzazione e leggerezza; i requisiti per le apparecchiature a semiconduttore sono relativamente bassi e non sono limitati dalle macchine per litografia EUV.

Ha introdotto nello specifico i circuiti integrati eterogenei a onde millimetriche. "Le onde millimetriche sono una banda di frequenza che va da 30 G a 300 G. Hanno un'ampia larghezza di banda e consentono la miniaturizzazione dei dispositivi, quindi rappresentano anche una direzione chiave per lo sviluppo dei circuiti integrati eterogenei a semiconduttore a livello mondiale. Ci sono tre ragioni specifiche per cui i tre principali attori del mercato e la domanda di circuiti integrati eterogenei sono più urgenti: in primo luogo, per soddisfare molteplici esigenze, dal 5G e 6G alla navigazione aerospaziale, alla guida autonoma e all'intelligenza artificiale. La tecnologia a onde millimetriche è richiesta dalle apparecchiature all'Internet delle cose; in secondo luogo, i sistemi a onde millimetriche includono circuiti digitali, circuiti analogici e circuiti a microonde a radiofrequenza, quindi l'integrazione eterogenea è ancora più urgente; in terzo luogo, le sfide e i problemi affrontati dall'eterogeneità a onde millimetriche sono più severi e complessi. A causa dell'alta frequenza e dei parametri distribuiti, si passa da un'applicazione "su strada" a un'applicazione "sul campo"; la distanza tra i moduli è di pochi microsecondi e l'accoppiamento è stretto, il che rende il processo di progettazione più complesso.

L'accademico Mao Junfa ha sottolineato la notevole importanza scientifica dello studio dei circuiti integrati eterogenei a semiconduttore. Attraverso i circuiti integrati, possiamo passare dall'attuale processo omogeneo singolo all'integrazione di molteplici processi eterogenei, dall'attuale integrazione planare bidimensionale all'integrazione tridimensionale e da un approccio TOP-DOWN a un approccio BOTTOM-UP, consentendo così la realizzazione di sistemi complessi ad alte prestazioni. Il suo valore risiede, in primo luogo, in una nuova direzione per lo sviluppo della tecnologia di integrazione dei sistemi elettronici; in secondo luogo, rappresenta una nuova direzione per lo sviluppo dei circuiti integrati nell'era post-Moore; infine, costituisce anche una nuova opportunità per i circuiti integrati a semiconduttore del nostro Paese di cambiare rotta e di affermarsi come leader nello sviluppo.

Gli Stati Uniti sperano che, attraverso i circuiti integrati eterogenei, si possano migliorare le prestazioni del sistema di alimentazione di 10 volte, aumentare la capacità di rilevamento e la velocità di 100 volte e ridurre dimensioni, peso e consumo energetico a 1/100 dei livelli attuali.

Una svolta nel settore del software EDA RF a livello nazionale raggiunge risultati significativi.

La progettazione è la fonte della filiera industriale RF e il software di automazione della progettazione elettronica RF (EDA) è il fattore abilitante per la progettazione di circuiti RF e un pilastro fondamentale del settore. In questa conferenza, l'Accademico Mao Junfa ha affermato che, in risposta all'urgente necessità della Cina di un software EDA per circuiti RF controllabile in modo indipendente, è stato sviluppato e commercializzato un set completo di software di simulazione EDA RF, sviluppato autonomamente dal team di ricerca di Mao Junfa, accademico dell'Accademia Cinese delle Scienze e Vice Rettore dell'Università Jiao Tong di Shanghai, e dal Professor Wu Linsheng, che ha vinto una delle dieci medaglie d'oro più prestigiose in ambito scientifico e tecnologico tra le università cinesi. Nel 2020, il team di ricerca di Mao Junfa si è aggiudicato un altro progetto nazionale per il front-end a radiofrequenza 6G.

L'accademico Mao Junfa ha affermato che il suo team e il gruppo di ricerca del professor Wu Linsheng, in collaborazione con Xinhe Semiconductor Technology (Shanghai) Co., Ltd., e con il supporto del Progetto Nazionale 973, della Fondazione Nazionale per le Scienze Naturali, del Progetto Nazionale di Maggiore Importanza, del Progetto del Piano di Ricerca Scientifica della Commissione per la Scienza e la Tecnologia di Shanghai, ecc., hanno proposto algoritmi efficienti di modellazione per la simulazione elettromagnetica e multifisica e sviluppato autonomamente software di simulazione per realizzare la progettazione collaborativa automatizzata multifisica e multifunzionale di dispositivi. Sulla base di questi risultati, hanno creato congiuntamente una libreria di proprietà intellettuale (IP) per dispositivi passivi integrati e sviluppato una varietà di prodotti. Questi sono stati promossi e applicati in molti settori come le comunicazioni mobili, le comunicazioni satellitari e i circuiti integrati, e hanno dato un contributo importante alla Cina nel rompere il blocco internazionale nel campo del software EDA a radiofrequenza.

Secondo l'Accademico Mao, hanno collaborato con Xinhe Semiconductor Technology (Shanghai) Co., Ltd. e rilasciato un totale di 48 strumenti software commerciali RF EDA nazionali e 500 modelli PDK ad alta precisione. Inoltre, la loro libreria IP di dispositivi passivi integrata, compatibile con il processo di SMIC, è stata prodotta in serie in 350 milioni di unità, realizzando di fatto il controllo indipendente degli strumenti EDA per circuiti integrati RF passivi. Attualmente, questa serie di software commerciali RF EDA nazionali, sviluppata congiuntamente, è utilizzata da 200 clienti nei settori dei semiconduttori, aerospaziale, radar, telecomunicazioni, automobilistico e altri. Tra gli utenti del sistema figurano ZTE, Huawei, Lenovo, Foxconn, Hualan, China Electronics, AVIC e molte altre aziende, e il software è stato esportato a società di fama internazionale come Cisco, Intel, IBM, Apple e altre ancora.

L'accademico Mao Junfa ha inoltre condiviso gli ultimi progressi nel campo del radar per il riconoscimento dei gesti 4D, dei microfoni radar a onde millimetriche, del radar biologico a onde millimetriche, del radar integrato eterogeneo su chip in banda Wi e dei filtri a banda passante singola/doppia basati sulla tecnologia BCB multistrato.

Ha infine affermato che gli obiettivi di ricerca per i prossimi cinque anni sono orientati verso tecnologie chiave, tra cui la tecnologia EDA e il software, compresa la ricostruzione inversa del modello e la tecnologia di collaborazione multifunzionale e multi-prestazioni. Il software è in grado di analizzare e progettare circuiti integrati eterogenei a 3 strati e 6 chip, con verifica fino a 325 GHz. Le scoperte in queste tecnologie forniranno un supporto tecnico fondamentale e indipendente per lo sviluppo di nuove importanti infrastrutture nazionali e apparecchiature cruciali come le comunicazioni mobili, l'Internet delle cose e il rilevamento radar in futuro. Gli obiettivi di ricerca per i prossimi 10 anni includono l'integrazione dell'optoelettronica e dell'elettronica, un obiettivo più complesso. Speriamo inoltre di superare le difficoltà legate al processo di crescita eterogenea e di commercializzare pienamente il software.

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