随着微电子行业向深亚微米发展,制造工艺和制造设备对产品性能的影响变得越来越重要,设计与制造的重新结合逐渐成为发展趋势。在这一大环境下,设计商、制造商、EDA厂商和掩膜制造商必须密切合作,将所有与制造有关的信息反馈给设计师,才能得到可制造的高产设计。本文介绍的人物Hugo De Man来自比利时鲁汶(leuven)天主教大学的教授,他是该校校际微电子中心(IMEC)的资深研究员,目前正致力于倡导微电子设计与制造业的融合。
揭示设计和制造分离带来的深刻矛盾
在过去的5到8年间,微电子产业一直以遵循摩尔定律规定的方式发展,随着每一代工艺技术的推进,材料化学和设备物理学已经越来越深地渗透到设计中,由于制造的因素已经开始影响芯片性能,所以整个微电子产业中的设计经理们都虎视眈眈地将目光投向了设计过程的后端,这已经成为整个微电子业界的战略性努力方向。De Man说:“如果现在不采取措施,那么或许个别的晶体管还可以按照45nm的设计规则制造,但集成了上百万个45nm晶体管的系统级芯片就不行了。”
目前,业界面临的困难在于设计师究竟需要什么工具才能实现既能自动排放1亿只晶体管,同时又能充分考虑由日益复杂的制造工艺所带来的布线对产品性能的影响？从商业角度来看,设计和制造的重新结合又将给无工厂晶圆代工产业模式带来问题,而该模式正是设计和制造相分离的产物。De Man说:“集成电路工程必须回归上世纪7、80年代的时候那样,设计与制造相统一,设计师必须在设计过程考虑物理效应的影响。”
从1980到1995年,制造技术从设计与制造的统一体中被剥离出来,目的是为了使数字设计能够按照由摩尔定律定义的方向发展。随着复杂性的日益增加,1995年开始进入了系统级芯片时代,在CMOS工艺走向深亚微米、时钟信号向射频频率发展的过程中,设计和制造相分离的状况不断地受到挑战。
“2003年,100nm大关被突破”,De Man说,“但2003年以后,更大的挑战开始逼近我们”。这些挑战中包括,摩尔定律所暗示的微电子工艺的能力,EDA链中结构层和物理层这两个主要环节上的脱节,以及对设计与制造的分离产生危害的深亚微米物理效应。“当设计工艺小于100nm时,就会出现许多不同于常规设计的问题”,De Man说,“必须把硬件和软件设计师、深亚微米效应芯片构造师、CMOS定标员(scalers)集合到同一间屋里,才能商讨怎样实现更高密度的系统设计。”借助于IMEC的设计研究平台和处理工艺研究平台,De Man的团队充分揭示了深亚微米领域设计和制造分离所带来的种种矛盾,从而更坚定了他推进设计和制造融合的决心。
与业界合作验证设计和制造融合的趋势
IMEC找到了Xilinx公司,从那里De Man了解到有许多设计工程师正坐镇UMC和IBM的代工厂,以期实现可制造的高产设计,“我们必须将设计与制造结合起来。当采用最先进的工艺技术时,这一点尤其重要”,Xilinx的首席执行官Bolsens说。
无工厂晶圆生产模式最初被提出是因为代工厂能够不考虑产品功能,仅根据符合标准制造工艺的版图设计文件就可以进行制造,同时,设计小组通常不考虑芯片制造所在的地区和制造设备,仅根据制造工艺规则进行设计。目前,这一模式正在深亚微米设计领域受到沉重打击。“依靠巧妙的设计来实现无工厂晶圆制造的日子已经一去不复返了”,Bolsens说,“如今的设计必须对制造工艺有相当深度的了解,许多后端设计工具目前已经成为了前端设计人员必备的工具。”
过去,从Tapeout到完成流片通常只需要几天时间,现在则可能需要一个多月,De Man说:“原因就在于工厂设备和晶圆布线都十分复杂,导致掩膜准备、验证以及工程制造所需耗费的时间急剧增加,进而使得设计最先进的系统级芯片的成本超出了许多设计公司在起步时的预算。”
由此可见,那种将设计在许多相互独立的代工厂之间转移(如果有人这样做过的话)的时代开始面临被终结的危险。“今后,只有那些以高产量制造标准部件的公司(也就是微处理器、存储器和FGPA制造商)才能负担得起日益增长的开销,设计和制造的融合将为获得较高的收益和品质稳定的高产量提供可靠保证。”
推进设计在结构层和物理层的重新融合
目前,设计与制造重新结合的压力主要落在设计团体的肩上。在高产量的制造业中有一个根深蒂固的想法,那就是,要制造出更加复杂的芯片,只能由设计商负责添加制造工艺和制造设备等额外信息。这一过程存在两个困难,首先设计商必须限制日益增大的掩膜成本、掩膜产量和掩膜次数,解决诸如制定设计细则等的眼前问题。然后,还要付出更大的努力,将设备测试信息、测试器的控制和效率信息、设备产量信息以及掩膜和蚀刻信息植入设计信息中。最后,必须更多地从系统级看待设计问题,De Man说:“必须解决设计流程中结构层和物理层两个环节脱钩的问题。”
目前,业内对De Man的劝告并非充耳不闻。硅集成创新联盟(Si2)已经开始将面向制造的设计作为其“至少今后五年”的工作重点,“掩膜级设计”计划已经启动,其核心内容是建立通用数据模型(UDM),从而把制造工艺和设备信息反馈给设计工具,De Man说,“EDA厂商面临的挑战是最大的”。
从日本人卖新鲜鱼谈激励因素的作用
作者:Philip Chatting
一个未经考证的关于日本人的故事将的是耗尽了内海渔业资源的日本渔民不得不到更远的地方寻找鱼群,因此鱼不得不被冷冻出售或被挤在水箱里带回来出售。然而懂行的消费者拒绝购买那种因不当冷冻和在水箱里存放而味道不新鲜的鱼,他们更喜欢活鱼和鲜鱼。要使顾客满意,就需要让那些从几千英里外捕捞上来的大量活鱼保持新鲜和活力。于是日本渔民开始在放鱼的水箱里放入一条小型鲨鱼。在回程途中,一小部分鱼将会被鲨鱼吃掉,但是剩下来的鱼却因为始终保持活力和新鲜而热卖。
人们会被不同的理由所激励。金钱,名誉,职业发展或者地位等因素可以在适当的环境下适用于适当的个体,但是刺激和挑战在大多数情况下都会激发出卓越的表现,越聪明越有能力的人越喜欢面对这类刺激。
有意识将刺激引入日常工作对产生卓越成绩是至关重要的。我不是说带领团队去打保龄球,尽管这可能有些益处；也不是指让那些优秀员工置身于压力和忧虑的环境,而是说对某一非常规项目或任务的创造和授权或许更有效果。缺乏新鲜事务和挑战的注入,员工在千篇一律的、缺乏新意和挑战的工作面前会渐渐地丧失工作兴趣及动力。每当有好的工作任务的时候,经理都不应该将它留给自己,而是应该问自己:“我希望将部门中的哪个人提升到更高的位置,谁适合这一位置？”有目的并令人兴奋的授权是推动个人发展和能力进步的基本要素。一名优秀的经理总是通过这种方式从他的员工身上寻求更多的工作绩效,这不仅增加了员工对组织的价值,也可以提升员工的个人价值。
作为一名雇员,无论他是领导者还是被领导者,当他在一天结束迈出办公室大门时都应该问的问题是:“我的价值今天又增加了什么？”。一个经理还应该问自己,在他管理下的鱼是否被兴奋所刺激而始终保持活力,完成目标。
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