11月10日，臺積電(TSMC)研究員兼副總裁L.C. Lu在短短26分鐘內(nèi)用幾十張幻燈片講述了如何實現(xiàn)系統(tǒng)創(chuàng)新。臺積電是全球最大的半導(dǎo)體代工企業(yè)，其開放創(chuàng)新平臺(OIP)活動廣受歡迎，參與人數(shù)眾多，其提供的工藝技術(shù)和知識產(chǎn)權(quán)對許多半導(dǎo)體設(shè)計部門都非常有吸引力。臺積電的技術(shù)路線圖展示了FinFET和Nanosheet到2025年的計劃表。

從N3開始，有一個叫做FinFlex的新東西，它使用了設(shè)計技術(shù)協(xié)同優(yōu)化(DTCO)，承諾在節(jié)能和高性能等領(lǐng)域提高功率、性能和面積(PPA)。使用FinFlex方法，設(shè)計師可以根據(jù)他們的設(shè)計目標，從三種晶體管配置中選擇:

?3-2fin blocks，用于高性能；

?2-2 fin，高效性能；

?2-1 fin，最低的功率，最佳密度；

進程節(jié)點N16到N3中使用的fin blocks選擇的歷史如下所示:

EDA供應(yīng)商Synopsys, Cadence, Siemens EDA和ANSYS已經(jīng)更新了他們的工具來支持FinFlex，在一個單一的SoC內(nèi)，甚至可以混合不同的fin blocks。在時序關(guān)鍵路徑上，可以使用high-fin單元，而非關(guān)鍵路徑單元可以使用low fin。作為進程縮放效益的一個例子，Lu展示了一個ARM Cortex-A72 CPU，它在N7中實現(xiàn)了2fin，N5實現(xiàn)了2 fin，最后N3E實現(xiàn)了2-1 fin:

用于N3E的IP單元來自幾個供應(yīng)商:TSMC, Synopsys, Silicon Creations, Analog Bits, memory, Cadence, Alphawave, GUC, Credo。知識產(chǎn)權(quán)準備有三種狀態(tài):報告準備，設(shè)計工具包準備，以及開發(fā)狀態(tài)。

模擬IP

在臺積電，他們的模擬IP使用了更結(jié)構(gòu)化的規(guī)則布局，這產(chǎn)生了更高的成品率，并讓EDA工具自動化模擬流，以提高生產(chǎn)率。TSMC模擬電池具有均勻的聚氧化物密度，有助于提高產(chǎn)量。他們的模擬遷移流、自動晶體管尺寸和匹配驅(qū)動Place和Route使Cadence和Synopsys工具實現(xiàn)設(shè)計流自動化。

模擬單元可以通過以下步驟進行遷移:原理圖遷移、電路優(yōu)化、自動放置和自動路由。例如，使用模擬遷移流將VCO單元從N4遷移到N3E需要20天，而手動方法需要50天，大約快2.5倍。

3D Fabric

臺積電有三種封裝需要考慮:

?二維封裝

?InFO_oS

?InFO_PoP

?2.5 D封裝

?CoWoS

?三維封裝

?SoIC

?InFO-3D

在3D Fabric中有八種封裝選擇:

最近使用SoIC封裝的一個例子是數(shù)據(jù)中心CPU AMD EPYC處理器，其互連密度比2D封裝提高了200倍，比傳統(tǒng)3D堆疊提高了15倍，CPU性能提高了50-80%。

3D IC設(shè)計的復(fù)雜性是通過3Dblox解決的，這是一種使用通用語言實現(xiàn)EDA工具互操作性的方法，涵蓋了物理架構(gòu)和邏輯連接。四大EDA供應(yīng)商(Synopsys, Cadence, Siemens, Ansys)已經(jīng)通過完成一系列五個測試用例:CoWoS-S, InFO-3D, SoIC, CoWoS-L 1, CoWoS-L 2，為3Dblox方法準備好了他們的工具。

臺積電建立了3DFabric聯(lián)盟，與跨領(lǐng)域的供應(yīng)商合作:IP、EDA、設(shè)計中心聯(lián)盟(DCA)、云計算、價值鏈聯(lián)盟(VCA)、內(nèi)存、OSAT、襯底、測試。在內(nèi)存集成方面，臺積電與美光、三星內(nèi)存和SK海力士合作，實現(xiàn)CoWoS和HBM的集成。EDA測試供應(yīng)商包括:Cadence, Siemens EDA和Synopsys。IC測試供應(yīng)商包括:Advantest和Teradyne。

總結(jié)

像AMD、AWS和NVIDIA這樣的半導(dǎo)體設(shè)計公司正在使用3DFabric聯(lián)盟，隨著2D、2.5D和3D封裝的推廣吸引更多的產(chǎn)品創(chuàng)意，這個數(shù)字只會隨著時間的推移而增加。臺積電擁有世界一流的工程團隊致力于DTCO的研發(fā)，有足夠的國際競爭使他們不斷創(chuàng)新新業(yè)務(wù)。臺積電在FinFlex上宣布的技術(shù)路線圖選擇將使數(shù)字、模擬和汽車細分市場受益。3D芯片設(shè)計由3DFabric聯(lián)盟的團隊支持。

審核編輯 ：李倩