En güçlü çip endüstrisi zincir bilimi, çipten bağımsız kontrol edilebilir derinlemesine analiz (1)

Ana Sayfa Haberler Günlük Öne Çıkanlar En güçlü çip endüstrisi zincir bilimi, çipten bağımsız kontrol edilebilir derinlemesine analiz (1)

2022-03-17 229

Birisi size "Hey, yaptığım çip %100 kendi kendini kontrol edebiliyor!" derse Durun, önce O'na tapınmak (inanmak) için acele etmeyin. Lütfen konuşmadan önce bu yazıyı okuyun. Kendi ID’n ile mağazalarını oluştur

Öncelikle kendi kendini kontrol edebilen nedir? En sezgisel anlayış, başkaları "takılıp kaldığında" onların sıkışıp kalmayacağıdır. Entegre devre endüstrisi genellikle üç alana ayrılır: çip tasarımı, çip üretimi ve paket testi. Aşağıdaki şekle bakın:

Bunları tek tek analiz ediyoruz. Çip tasarımı temel olarak üç açıdan analiz edilir: EDA, IP ve tasarım. Çip üretimi temel olarak üç açıdan analiz edilir: ekipman, teknoloji ve malzemeler; Ambalaj; ambalaj tasarımı, ürün ambalajı ve talaş testinden analiz edilir.

çip tasarımı

Çip tasarımına nasıl başlanır? Öncelikle araçlara (EDA) ihtiyacınız var, ardından mevcut kaynaklar (IP) ve kendi fikir ve planlarınız yardımıyla çip tasarımına başlayabilirsiniz. Burada çip tasarım araçlarından EDA, IP'den çip tasarımını ve entegre devrelerin tasarım sürecini analiz edeceğiz.

1.1 EDA

EDA(Elektronik Tasarım Otomasyonu) Elektronik tasarım otomasyonu, çoğunlukla elektronik tasarım için kullanılan yazılımı ifade eder. Bir keresinde birisi bana şöyle demişti: "EDA'nın nesi var? Bu sadece bir araç değil mi?" Evet, bu bir araçtır ama o olmadan hiçbir şey tasarlayamazsınız! Günümüzün büyük ölçekli entegre devreleri, susam tanesi büyüklüğündeki milimetre kareye 100 milyondan fazla transistörü entegre edebilmektedir ve bu transistörler arasında yüz milyonlarca bağlantı ağı bulunmaktadır. Günümüzün ana akım SoC çipleri 10 milyardan fazla transistöre sahiptir. Doğru ve güçlü bir EDA aracı yoksa nasıl tasarlanabilir? EDA çip tasarımı için önemli bir araçtır. Şu anda Synopsys, Cadence ve Mentor (Siemens EDA) %90'dan fazla pazar payına sahiptir. 10 nanometrenin altındaki üst düzey çiplerin tasarımında payı %100'e kadar çıkmaktadır. Yani yukarıdaki üç firmanın EDA araçları olmadan 10 nm'nin altında bir çip geliştirmek neredeyse imkansızdır. Aşağıdaki tablo çip tasarımındaki mevcut ana akım EDA araçlarını göstermektedir:

Çip tasarımı tasarım, simülasyon ve doğrulamaya bölünmüştür ve ilgili EDA araçları tasarım araçları, simülasyon araçları ve doğrulama araçlarına bölünmüştür. Tasarım aracı, modeli oluşturma sorununu, yani 0'dan 1'e (sıfırdan) çözerken, simülasyon ve doğrulama aracı, modeli doğrulama sorununu, yani 1'in 1 mi, 0.9 mu yoksa 1.1 mi olduğunu çözer. Bu nedenle EDA geliştirme açısından bakıldığında tasarım araçları geliştirmek daha zordur. Ayrıca tasarım ölçeği ne kadar büyük olursa, süreç düğümlerinin gereksinimleri de o kadar yüksek olur ve EDA araçlarının geliştirilmesi de o kadar zor olur. Şu anda yerli EDA araçları, bazı simülasyon doğrulama noktası araçlarında bazı başarılar elde etmiş olup, analog devre tasarımında da tam süreç araçlarına sahiptir. Ancak büyük ölçekli entegre devrelerin tasarımında, özellikle de üst düzey dijital çiplerin tasarım sürecinde, üç büyük üretici ile aralarında hala büyük bir boşluk var.

1.2 IP

IP (Akıllı Mülkiyet), fikri mülkiyet haklarının anlamını ifade eder. Endüstride belirli bir işlevi tamamlayabilen, önceden tanımlanmış, doğrulanmış, yeniden kullanılabilir bir modülü ifade eder. IP, LSI'ın temel birimidir ve SoC'nin IP çekirdeğini temel alan bir çoğullama teknolojisi olduğu dahi söylenebilir. Genel olarak IP, sert çekirdekli, yumuşak çekirdekli ve katı çekirdekli olarak ayrılır. Genel olarak IP sabit çekirdeği, çip üretimiyle doğrulanan belirli bir süreçle eşlenmiştir. Öngörülebilir alan ve performans özelliklerine sahiptir ancak daha az esnektir. IP çekirdeği, esnek ancak performansı tahmin edilemeyen HDL'de sunulur. IP çekirdeği, sabit çekirdek ve yumuşak çekirdekten daha esnek ve öngörülebilir olan ve sert çekirdek ile yumuşak çekirdek arasında bir uzlaşma olan düzen veya genel süreç kitaplığı aracılığıyla performansını ve alanını optimize eder.

Aşağıdaki tablo şu anda dünyanın en iyi 10 IP sağlayıcısını göstermektedir. Çin'in ilk 10'da iki finalisti olduğu görülüyor, ancak iki şirketin toplam pazar payı yalnızca %3 iken, ARM tek başına pazar payının %40'ından fazlasını oluştururken, Amerikan şirketleri pazar payının %30'unu oluşturuyor. pazar payı. ARM'in Nvidia tarafından satın alınması durumunda IP pazarı temel olarak Amerika Birleşik Devletleri dünyası olacaktır. Ayrıca dünyanın en büyük iki EDA şirketi olan Synopsys ve Cadence'in de fikri mülkiyet alanında ikinci ve üçüncü sıralarda yer aldığını görüyoruz.

Aşağıdaki şekil, işlemcinin %51'ini, arayüz IP'sinin %22.1'ini, dijital sınıfın %8.1'ini ve diğerlerinin %18.8'ini oluşturduğu IP türlerini göstermektedir. İşlemci sınıfı olan ARM tektir. Synopsys, arayüz IP'sinde sektör lideridir.

1.3tasarım döngüsü

Çip tasarım akışı, dijital IC tasarım akışı ve analog IC tasarım akışına bölünebilir.Dijital IC tasarım süreci: çip tanımı → mantıksal tasarım → mantıksal sentez → fiziksel tasarım → fiziksel doğrulama → düzen teslimi.Çip Spesifikasyonu, çipin fonksiyon ve performans indeksinin gereksinimlere göre yapılmasını ve tasarım spesifikasyon dokümanının tamamlanmasını ifade eder.Mantık Tasarımı, donanım tanımlama diline dayalı olarak RTL (Kayıt-Aktarım Seviyesi) seviyesinde mantık tasarımının gerçekleştirilmesini ifade eder ve doğru fonksiyonun mantık doğrulama veya resmi doğrulama ile doğrulanmasıdır.Mantık Sentezi, RTL'nin belirli bir hedefe sahip kapı düzeyinde bir netliste dönüştürülmesini ve netlist gecikmesinin, alanının ve güç tüketiminin optimizasyonunu ifade eder.Fiziksel Tasarım, kapı düzeyindeki ağ listesini kısıtlamalara göre düzenleme ve kablolama ve son olarak düzeni oluşturma sürecini ifade eder; bu aynı zamanda şunları da içerir: veri içe aktarma → düzen planlama → ünite düzeni → saat ağacı sentezi → kablolama.

Veri içe aktarma, entegre ağ listesi ve zamanlama kısıtlamalarını yönlendiren komut dosyası ve dökümhane tarafından sağlanan kitaplık dosyasıdır.
Yerleşim, çip üzerindeki giriş/çıkış birimlerinin, makro birimlerin ve diğer ana modüllerin konumlarının planlanması sürecini ifade eder.
Hücre düzeni, standart hücrelerin ağ listesi ve zamanlama kısıtlamalarına göre otomatik olarak yerleştirilmesi işlemidir.
Saat ağacı sentezi, saat arabelleğinin eklenmesi, saat ağının oluşturulması ve saat gecikmesi ve sapmasının en aza indirilmesi sürecini ifade eder.Kablolama, kablolama katman sayısı, hat genişliği ve hat aralığı gibi kısıtlama koşulları altında her bir ünitenin devre ilişkisine göre otomatik olarak bağlanması işlemini ifade eder.

Fiziksel Doğrulama genellikle yerleşim tasarımı kural kontrolünü (DRC), yerleşim şeması diyagramı tutarlılık kontrolünü (LVS) ve elektrik kuralı kontrolünü (ERC) içerir.

Bant Çıkışı, tüm kontrollerin ve doğrulamaların doğru olduğu varsayımıyla maske desenleri oluşturmak ve çipler üretmek için düzen dosyalarının dökümhaneye aktarılması anlamına gelir.Analog IC tasarım süreci: çip tanımı → devre tasarımı → düzen tasarımı → düzen doğrulama → düzen teslimi.

Bunlar arasında çip tanımı ve yerleşim düzeni dijital devrelerle aynıyken analog IC devre tasarımı, yerleşim tasarımı, yerleşim doğrulaması ve dijital devrelerde farklıdır.Analog devre tasarımı, transistör düzeyindeki analog devre yapısının sistem gereksinimlerine göre tasarlanmasını ifade eder ve devrenin işlevi ve performansı SPICE ve diğer simülasyon araçlarıyla doğrulanır.

Analog yerleşim tasarımı, devre şemasına karşılık gelen yerleşim geometrisinin tasarım kurallarına göre çizilmesi ve düzenin fonksiyon ve performansının simüle edilmesidir.

Analog yerleşim doğrulaması, proses kurallarını, elektrik kurallarını ve yerleşim devre şemasının tutarlılık kontrolünü doğrulamaktır.Burada basit bir özet yapalım:

Çip tasarımı: EDA araçlarının desteğiyle, çip tasarımının tüm süreci, IP yetkilendirmesi + bağımsız araştırma ve geliştirme (işbirlikçi geliştirme) IP'si satın alınarak ve entegre devre tasarımının sıkı simülasyon ve doğrulama süreci takip edilerek tamamlanır. Bu süreçte EDA, IP ve sıkı tasarım süreci vazgeçilmezdir.

Günümüzde bu üç unsur arasında öz kontrolü gerçekleştirebilen ilk süreç tasarım sürecidir.Aşağıdaki tabloda referans olarak dünyanın en iyi 10 çip tasarım şirketi listelenmektedir.

çip üretimi

Şu anda entegre devre sektörü içinde en yüksek eşiğin bulunduğu sektör çip imalatıdır. Eşiğe nasıl bakıyorsunuz? Yatırım ne kadar yüksek olursa, oyuncu sayısı ne kadar az olursa eşik de o kadar yüksek olur. Şu anda üst düzey çip üretiminde yalnızca TSMC, SAMSUNG ve Intel kaldı. Aşağıda çip üretimini üç açıdan analiz ediyoruz: ekipman, teknoloji ve malzeme ve ileri üretim teknolojisi ile aramızdaki boşluğu araştırıyoruz.

2.1 ekipman

Çipin üretiminin tamamlanması için 2,000'den fazla teknolojik süreç gerekiyor ve her adım, bunu başarmak için özel ekipmanlara bağlı.Çip üretiminde üç temel süreç vardır: fotolitografi, gravür ve biriktirme. Üç ana süreç, üretim sürecinde tekrar tekrar dolaştırılır ve sonunda nitelikli çipler üretilir.Üç temel süreçte üç temel ekipman kullanılır: maske hizalayıcı, aşındırma makinesi ve ince film biriktirme ekipmanı. Üç ana ekipman, tüm ekipman yatırımının yaklaşık %22, %22 ve %20'sini oluşturmaktadır ve bunlar en yüksek orana sahip üç yarı iletken ekipmandır.

Kendi kendine kontrol edilebilirliği tanıtmak ve analiz etmek için en tipik maske hizalayıcı ve aşındırma makinesini örnek olarak alın.

foto dağlama makinesi

Maske hizalayıcının prensibi aslında bir slayt projektörüne benzer; yani ışık, devre şemasına sahip bir maske (maske olarak da adlandırılır) aracılığıyla fotorezistle kaplanmış bir levha üzerine yansıtılır. 1960'ların sonlarında Japon Nikon ve Canon bu alana girmeye başladı ve o dönemde maske hizalama, kameralardan çok daha karmaşık değildi.

EVU maske hizalayıcı EUV ekstrem ultraviyole litografi (Extreme Ultra-Violet), 13.5 nm dalga boyuna sahip ekstrem ultraviyole (EUV) dalga boyunu kullanan yeni nesil bir litografi teknolojisidir. Litografi doğruluğu birkaç nanometre olduğundan, EUV son derece yüksek ışık konsantrasyonu gerektirir; bu, ay noktasını aydınlatmak için birden fazla madeni para olmadan bir el feneri tutmaya eşdeğerdir. Yansıma aynasının 30 cm uzunluğunda olması ve dalgalanmanın 0.3 nm'den az olması gerekmektedir; bu, Pekin'den Şangay'a giden demiryolu hattının 1 mm'den az dalgalanmasına eşdeğerdir. Bir EUV maske hizalayıcı 180 ton ağırlığındadır, 100,000'den fazla parçaya sahiptir, nakliye için 40 konteynere ihtiyaç duyar ve kurulumu ve hata ayıklaması bir yıldan fazla sürer. 2000 yılında Japon Nikon maske hizalayıcıda liderdi ve 2009 yılına gelindiğinde ASML neredeyse %70'lik pazar payıyla açık ara öndeydi. Şu anda yalnızca ASML en gelişmiş maske hizalayıcıyı sağlayabilir. Shanghai Microelectronics (SMEE) kendi ülkesinde halihazırda 90 nm çözünürlüğe sahip bir maske hizalayıcıya sahip ve yeni bir maske hizalayıcı da geliştirilme aşamasında.

Yasal Uyarı: Bu makale "Konfüçyüs'ün Analektleri"nden kopyalanmıştır. Bu makale yalnızca yazarın kişisel görüşlerini temsil etmekte olup Sacco Micro ve sektörün görüşlerini temsil etmemektedir. Fikri mülkiyet haklarının korunmasını desteklemek amacıyla yalnızca yeniden basılması ve paylaşılması içindir. Lütfen yeniden basarken orijinal kaynağı ve yazarını belirtin. Herhangi bir ihlal varsa, silmek için lütfen bizimle iletişime geçin.

Şirket Tel: +86-0755-83044319
Faks/faks:+86-0755-83975897
E-posta: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Yönetici Li
QQ: 332496225 Yönetici Qiu
Adres: Oda 809, Blok C, Zhantao Teknoloji Binası, No.1079 Minzhi Bulvarı, Longhua Yeni Bölgesi, Shenzhen

Huaqiangbei Tezgahlarından Çevrimiçi Perakende Platformlarına: Elektronik Bileşen Tedarik Platformları ve Huaqiangbei Modeli Arasındaki Benzerlikler ve Farklılıklar

Slkor'dan Judy Liu ile Röportaj: İşleri Basit Tutarak Üç Yeni Girişimci Satış Ödülü Kazanmak