Avanço no software EDA de RF doméstico! Mao Junfa, acadêmico da Academia Chinesa de Ciências, fala sobre a direção e o caminho para o avanço dos circuitos integrados heterogêneos de semicondutores.

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2022-03-17 286

Em 9 de junho, durante a Conferência Mundial de Semicondutores de 2021 e a Exposição Internacional de Semicondutores de Nanjing, Mao Junfa, acadêmico da Academia Chinesa de Ciências, membro do Comitê Permanente do Partido Comunista Chinês e vice-presidente da Universidade Jiao Tong de Xangai, afirmou que os circuitos integrados são uma indústria de demanda estratégica nacional. Em 2020, a China importou circuitos integrados no valor de US$ 350 bilhões (US$ 176 bilhões em importações de petróleo no mesmo ano). Os chips de ponta do meu país dependem basicamente de importações.

Na foto: Mao Junfa, acadêmico da Academia Chinesa de Ciências, membro do Comitê Permanente do Partido Comunista Chinês e vice-presidente da Universidade Jiao Tong de Xangai.

Ele apontou especificamente três razões pelas quais os circuitos integrados da China estão atrasados: 1. A EDA (Automação de Projeto Eletrônico) está atrasada. Existem muitos algoritmos de pesquisa nesta fase, mas estão muito dispersos, sem capacidades de planejamento, integração e formação. As capacidades de engenharia de software em larga escala são fracas e a experiência é baixa, e os usuários preferem usar ferramentas de software nacionais; 2. Os equipamentos estão atrasados, o que se deve principalmente a fatores como capacidades gerais e ambiente de mercado; 3. Os dispositivos e circuitos estão atrasados, e os materiais de desempenho estão atrasados; e a precisão e a estabilidade do processo são insuficientes.

Agora, mesmo que você tenha dinheiro, não consegue comprar circuitos integrados. Em maio de 2020, o Departamento de Comércio dos EUA anunciou restrições abrangentes à compra, pela Huawei, de produtos semicondutores fabricados com tecnologia americana; em abril de 2021, legisladores americanos propuseram controles de exportação para todas as empresas chinesas de chips com tecnologia inferior a 14 nm.

Atualmente, existem duas principais rotas de desenvolvimento para chips: uma é dar continuidade à Lei de Moore; a outra é desviar-se da Lei de Moore. Todos conhecem bem a Lei de Moore. Agora, enfrentamos alguns desafios, incluindo desafios relacionados aos limites físicos, aos meios tecnológicos e aos custos econômicos. Só calcular os custos já é muito complexo. Existem muitas maneiras de contornar a Lei de Moore. O acadêmico Mao Junfa acredita que uma dessas maneiras é através dos circuitos integrados heterogêneos.

Os circuitos integrados heterogêneos de semicondutores serão um dos possíveis caminhos para os chips chineses ultrapassarem outros setores.

O acadêmico Mao Junfa explicou que os circuitos integrados heterogêneos de semicondutores são obtidos pela integração de dispositivos ou chips semicondutores compostos de alto desempenho em diferentes nós de processo e dispositivos altamente integrados de baixo custo baseados em silício (incluindo dispositivos ou chips optoeletrônicos), integrando-os com componentes passivos ou antenas por meio de síntese de ligação heterogênea ou crescimento externo. O acadêmico Mao destacou que os circuitos integrados heterogêneos possuem características notáveis: primeiro, podem integrar as vantagens de diferentes materiais semicondutores, processos, estruturas e componentes ou chips; segundo, adotam conceitos de projeto de sistema; terceiro, aplicam tecnologias avançadas, como propriedade intelectual (IP) e chips pequenos; possuem estruturas de alta densidade 2.5D ou 3D. Os circuitos integrados heterogêneos apresentam vantagens evidentes: primeiro, podem alcançar funções complexas poderosas, excelente desempenho abrangente e superar os limites de desempenho de um único processo semicondutor; segundo, possuem grande flexibilidade, alta confiabilidade e ciclos curtos de pesquisa e desenvolvimento; terceiro, a integração tridimensional permite miniaturização e redução de peso. Os requisitos para equipamentos semicondutores são relativamente baixos e não são limitados por máquinas de litografia EUV.

Ele apresentou especificamente os circuitos integrados heterogêneos de ondas milimétricas. "A onda milimétrica é uma faixa de frequência de 30 GHz a 300 GHz. Possui ampla largura de banda e dispositivos miniaturizados, sendo, portanto, uma direção fundamental para o desenvolvimento de circuitos integrados heterogêneos semicondutores no mundo. Há três razões específicas para os três principais players do mercado, e a demanda por circuitos integrados heterogêneos é ainda mais urgente: primeiro, para atender a diversas necessidades, desde 5G e 6G até navegação aeroespacial, direção autônoma e inteligência artificial. A tecnologia de ondas milimétricas é necessária em todos os setores, desde equipamentos até a Internet das Coisas; segundo, os sistemas de ondas milimétricas incluem circuitos digitais, circuitos analógicos e circuitos de radiofrequência e micro-ondas, tornando a integração heterogênea ainda mais crucial; terceiro, os desafios e problemas enfrentados pela heterogeneidade em ondas milimétricas são mais severos e complexos. Devido à alta frequência e aos parâmetros distribuídos, a tecnologia evolui de 'rodovias' para aplicações em campo; a distância entre os módulos é de apenas microssegundos e o acoplamento é estreito, tornando o processo de projeto mais complexo."

O acadêmico Mao Junfa destacou a importância científica do estudo de circuitos integrados heterogêneos semicondutores. Através de circuitos integrados, podemos evoluir do atual processo homogêneo único para a integração de múltiplos processos heterogêneos, da atual integração planar bidimensional para a integração tridimensional e da abordagem de cima para baixo (TOP-DOWN) para a abordagem de baixo para cima (BOTTOM-UP), possibilitando a criação de sistemas complexos de alto desempenho. Seu valor reside, em primeiro lugar, em uma nova via para o desenvolvimento da tecnologia de integração de sistemas eletrônicos; em segundo lugar, em uma nova direção para o desenvolvimento de circuitos integrados na era pós-Moore; e, finalmente, em uma nova oportunidade para que os circuitos integrados semicondutores do nosso país mudem de rumo e alcancem um desenvolvimento mais acelerado.

Os Estados Unidos esperam que, por meio de circuitos integrados heterogêneos, seja possível melhorar o desempenho do sistema de energia em 10 vezes, aumentar a capacidade e a velocidade de detecção em 100 vezes e reduzir o tamanho, o peso e o consumo de energia para 1/100 do nível atual.

Avanço no software EDA de RF nacional alcança resultados significativos

O projeto é a base da cadeia produtiva da indústria de radiofrequência (RF), e o software de automação de projeto eletrônico (EDA) de RF é o facilitador do projeto de circuitos de RF e um pilar fundamental da indústria. Nesta conferência, o acadêmico Mao Junfa afirmou que, em resposta à necessidade urgente da China por um software EDA de circuitos de RF controlável de forma independente, um conjunto completo de software de simulação EDA de RF, desenvolvido de forma independente pela equipe de pesquisa de Mao Junfa, acadêmico da Academia Chinesa de Ciências e vice-presidente da Universidade Jiao Tong de Xangai, e pelo professor Wu Linsheng, foi lançado no mercado e conquistou uma das dez medalhas de ouro em ciência e tecnologia entre as universidades chinesas. Em 2020, a equipe de pesquisa de Mao Junfa conquistou outro projeto nacional de front-end de radiofrequência para 6G.

O acadêmico Mao Junfa afirmou que sua equipe e a equipe de pesquisa do professor Wu Linsheng, em cooperação com a Xinhe Semiconductor Technology (Shanghai) Co., Ltd., e com o apoio do Projeto Nacional 973, da Fundação Nacional de Ciências Naturais, do Projeto Nacional Principal, do Projeto do Plano de Pesquisa Científica da Comissão de Ciência e Tecnologia de Xangai, etc., propuseram algoritmos eficientes de modelagem de simulação eletromagnética e multifísica e desenvolveram, de forma independente, um software de simulação para realizar o projeto colaborativo automatizado multifísico e multifuncional de dispositivos. Com base nesses resultados, estabeleceram conjuntamente uma biblioteca de propriedade intelectual (PI) para dispositivos passivos integrados e desenvolveram uma variedade de produtos. Estes foram promovidos e aplicados em diversas áreas, como comunicações móveis, comunicações via satélite e circuitos integrados, e contribuíram significativamente para a quebra do bloqueio internacional na China no campo do software EDA de radiofrequência.

Segundo o Acadêmico Mao, em cooperação com a Xinhe Semiconductor Technology (Shanghai) Co., Ltd., lançaram um total de 48 ferramentas de software comercial de EDA de RF nacionais e 500 modelos de PDK de alta precisão. Além disso, sua biblioteca de IP de dispositivos passivos integrados, compatível com o processo da SMIC, teve 350 milhões de unidades produzidas em massa, possibilitando o controle independente de ferramentas de EDA para circuitos integrados de RF passivos. Atualmente, essa série de software comercial de EDA de RF nacional, desenvolvida em conjunto, é utilizada por 200 clientes nos setores de semicondutores, aeroespacial, radar, comunicações, automotivo e outros. Entre os usuários do sistema estão empresas como ZTE, Huawei, Lenovo, Foxconn, Hualan, China Electronics, AVIC e muitas outras, e o software já foi exportado para empresas de renome internacional como Cisco, Intel, IBM, Apple, entre outras.

O acadêmico Mao Junfa também compartilhou os avanços mais recentes em radar de reconhecimento de gestos 4D, microfones de radar de ondas milimétricas, radar biológico de ondas milimétricas, radar integrado heterogêneo em chip na banda Wi-Fi e filtros de banda passante simples/dupla baseados na tecnologia BCB multicamadas.

Ele finalmente afirmou que as metas de pesquisa para os próximos cinco anos estão voltadas para tecnologias essenciais, incluindo tecnologia EDA e software, abrangendo a reconstrução de modelos e a tecnologia de colaboração multifuncional de alto desempenho. O software pode analisar e projetar circuitos integrados heterogêneos de 3 camadas e 6 chips, com verificação de frequência de até 325 GHz. Os avanços nessas tecnologias fornecerão suporte técnico essencial e independente para o desenvolvimento de novas infraestruturas nacionais importantes e equipamentos essenciais, como comunicações móveis, Internet das Coisas e detecção por radar no futuro. As metas de pesquisa para os próximos 10 anos incluem a integração de optoeletrônica e eletrônica, que é mais complexa. Também esperamos superar o processo de crescimento heterogêneo e comercializar plenamente o software.

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