關(guān)鍵字：55nm 本土IC設(shè)計
正如富士通半導(dǎo)體ASIC/COT業(yè)務(wù)市場部副經(jīng)理劉哲女士在不久前閉幕的“2012深圳(國際)集成電路創(chuàng)新與應(yīng)用展”（China IC Expo，簡稱CICE）“IC制造和設(shè)計”論壇上指出的，“現(xiàn)在中國的IC設(shè)計公司大概有300多家，營業(yè)額在10M美金以上的可能不到10%，在100M美金以上的可能不到10家，總體來講中國IC設(shè)計產(chǎn)業(yè)還不是很健全，同質(zhì)競爭嚴重，缺乏創(chuàng)新。我研究了一下過去5年中統(tǒng)計的中國十大公司，發(fā)現(xiàn)5年都能上榜的大概只有5家，市場的優(yōu)勝劣汰十分激烈。”
那么本土IC設(shè)計業(yè)如何能夠更好地在市場立足，在如此激烈的競爭中生存，并且不斷的壯大自己？劉哲及富士通半導(dǎo)體IP平臺解決方案事業(yè)部副總經(jīng)理安佛英明先生針對這個話題在論壇做了題為“富士通半導(dǎo)體SoC 設(shè)計和芯片代工解決方案”的演講，分析了目前中國本土IC設(shè)計業(yè)在SoC設(shè)計中所面臨的挑戰(zhàn)和應(yīng)對方法，并宣布了富士通半導(dǎo)體為中小型IC設(shè)計公司量身定制的55nm最新設(shè)計和制造服務(wù)解決方案從7月開始提供PDK和library給客戶進行設(shè)計。
SoC設(shè)計挑戰(zhàn)分析
“目前業(yè)界在SoC設(shè)計上遇到的挑戰(zhàn)最關(guān)鍵有兩點：一是Time-to-Market，二是cost。迎接這個挑戰(zhàn)就要從——工藝制程（Process）、IP、設(shè)計三個方面下工夫。選擇正確的工藝，有競爭力的IP及先進的設(shè)計方法是SoC成功的關(guān)鍵。” 劉哲簡潔明了地概括了SoC設(shè)計的成功之道。
圖1：SoC設(shè)計遇到的挑戰(zhàn)。
她特別強調(diào)了所謂正確的工藝制程并不是指最先進的工藝制程，而是最有性價比的，符合中國本土IC公司承受能力的，既能夠保證產(chǎn)品上市時間又降低成本的合適工藝制程。那么到底什么才是中國本土IC設(shè)計真正需要的工藝制程呢？
55nm——中國IC設(shè)計真正之“渴”
如今的消費類電子市場競爭已經(jīng)進入白熱化階段，客戶的需求、競爭對手的挑戰(zhàn)都使得中國本土IC設(shè)計公司面臨巨大的生存壓力。另一方面，摩爾定律面臨極限挑戰(zhàn)，高端工藝因其高昂的前期投入成為中小設(shè)計公司可望而不可即的奢侈品。此外，低功耗的要求促使芯片設(shè)計者不得不追逐最新的40nm和28nm工藝，但這意味著巨大的風(fēng)險和投入，無論是工藝還是IP的投入和成熟度都在一定程度上阻礙了許多想法最終轉(zhuǎn)變成硅片。
從2010年開始，中國開始出現(xiàn)越來越多的40nm設(shè)計，其中不乏幾千萬門級的智能終端IC。但40nm工藝超過百萬美元的一次NRE費用著實讓中國本土IC公司“傷不起”，加上IP方面不菲的投資以及整合驗證，使得項目風(fēng)險很大。
如何以更低的投入最大化地利用主流的且成熟的65nm工藝去設(shè)計產(chǎn)品是業(yè)界很多公司都在尋求的目標。本次展會上，富士通半導(dǎo)體ASIC/COT業(yè)務(wù)部最新推出的兩套創(chuàng)新的55nm工藝制程CS250L和CS250S引起與會業(yè)內(nèi)人士的高度關(guān)注，他們可幫助中國便攜消費類終端IC設(shè)計公司以65nm的成本水平實現(xiàn)功耗大幅降低、性能堪比40nm工藝的設(shè)計，對成本、上市時間和功耗極其敏感的消費終端ASIC設(shè)計意義重大。
圖2：富士通半導(dǎo)體ASIC/COT業(yè)務(wù)部攜55nm創(chuàng)新工藝隆重登場2012 CICE。
CS250L和CS250S的推出可以說恰逢其時，使得中國消費電子IC廠商又多了一種選擇，可不用急于往40nm節(jié)點冒進，在實現(xiàn)接近功耗的同時不僅能保護現(xiàn)有在65nm上的IP投資，而且NRE的費用仍像65nm一樣處于能承受的水平，因此非常適合中國的國情。
使65nm IP可直接用于55nm工藝
“模擬IP是通往真實世界的接口，但是大家都知道模擬IP的使用和工藝制程是非常相關(guān)的，比如一個IP在65nm的工藝制程下能用，可是到了55nm的時候就要換基于55nm工藝的IP了。富士通半導(dǎo)體解決了這個問題，憑借我們在模擬IP方面多年的技術(shù)積累，我們的65nm工藝IP可以直接用于55nm工藝中，這就極大地保護了客戶投資。” 劉哲表示。“另外，從晶圓代工、IP授權(quán)、設(shè)計服務(wù)以及封裝測試，富士通半導(dǎo)體強調(diào)的是一站式增值設(shè)計服務(wù)，可將客戶的成本、風(fēng)險、上市時間降至最低。”她補充道。
富士通半導(dǎo)體的上述兩套全新55nm工藝是基于65nm技術(shù)而開發(fā)，可使客戶保護以往的投資。其中CS250L是基于對現(xiàn)有65nm后端工藝而優(yōu)化的全新標準單元、SRAM，可使整體功耗降低20%，芯片面積則節(jié)省15%左右。最大的特點是全套65nm IP不需要重新做移植，GDSII網(wǎng)表可以直接使用。圖3展示了CS250L的關(guān)鍵優(yōu)勢。
圖3：CS250L的關(guān)鍵優(yōu)勢。
以55nm工藝提供接近40nm的功耗
以55nm工藝提供接近40nm的功耗，同時還不會降低性能，理論上講這似乎不太可能。不過富士通半導(dǎo)體和美國SuVolta公司合作開發(fā)的新制程CS250S使得“Half the POWER，All the Performance”變成現(xiàn)實。
過去，雖然芯片的工藝制程技術(shù)一直在飛速進步，不過自從進入0.18微米（180nm）時代，CPU核心電壓降至1.xV級別后，即使是目前實際生產(chǎn)用最新的28nm制程也只能使核心電壓維持在1V左右。“高”電壓帶來的功耗問題也使移動計算方面處處受限，目前智能手機、平板電腦等最大的問題之一就是功耗和續(xù)航。而芯片電壓之所以無法突破1V的重要原因之一就是低壓無法驅(qū)動內(nèi)部的SRAM模塊。
使電壓閾值下降至0.4V左右。DDCTM晶體管制造的嵌入式576Kb SRAM模塊最低可在0.425V電壓下工作，相比目前常用SRAM最低0.7V左右的工作電壓減少了40%左右。相對于效果類似的ETSOI和Tri-Gate制程，富士通半導(dǎo)體的這種技術(shù)更加簡便易行。富士通半導(dǎo)體應(yīng)客戶要求將低功耗特性全面導(dǎo)入對應(yīng)的產(chǎn)品中，對于逐漸SoC化的移動處理器來說這絕對是個好消息。
圖6顯示了576k SRAM宏模塊在不同電壓下的良率。良率由所有比特都通過的宏模塊數(shù)目計算而得。
圖4：576k SRAM宏模塊在不同電壓下的良率。
CS250S是一項革命性的創(chuàng)新技術(shù)，通過全新設(shè)計的DDCTM（Deeply Depleted Channel?） 晶體管技術(shù)，可以將現(xiàn)有65nm的功耗降低到原來的一半，而性能不受到任何影響，同時可很好地改善工藝生產(chǎn)造成的功耗波動。
如下圖5所示，在fast corner的最壞情況下，采用CS250S（55nm）的工藝制程其靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗均比采用65nm工藝制程降低50%，而且fast corner和slow corner更加集中，對于封裝熱阻的考慮變得更加收斂。
圖5：富士通半導(dǎo)體最新55nm工藝CS250S功耗比65nm降低一半。
完整、經(jīng)過驗證的一站式IP平臺
前文曾指出，SoC的成功除了選擇合適的工藝制程外，有競爭力的IP也是關(guān)鍵?？蛻舻腟oC中要用到各種不同的IP，尤其當(dāng)遇到與工藝制程相綁定的模擬IP的時候，選擇就不是那么的靈活，而富士通半導(dǎo)體完整的，經(jīng)過驗證的低功耗模擬IP，可以為SoC設(shè)計帶來福音。
早在上世紀90年代，富士通半導(dǎo)體就在中國大陸開始推廣ASIC方案和設(shè)計服務(wù)，最初客戶以通訊和網(wǎng)絡(luò)IC公司為主。2006年，該公司又在中國開始推廣其日本代工廠的COT服務(wù)，以便為中國客戶提供90nm和65nm工藝的ASIC設(shè)計、IP、晶圓代工等多元化的服務(wù)，很多應(yīng)用如衛(wèi)星電視、CMMB等消費類應(yīng)用芯片都是在富士通日本晶圓廠投片生產(chǎn)的（40nm以下設(shè)計是轉(zhuǎn)由臺積電代工）。從2008年開始起， 他們中國客戶中消費類電子IC廠商的比重逐年升高。
安佛英明在演講中指出：“上市時間是消費類終端芯片產(chǎn)品取得成功的最重要因素，而迅速地整合IP資源是達到這一訴求的關(guān)鍵。富士通半導(dǎo)體提供非常完整的針對這類應(yīng)用芯片的解決方案，提供諸如USB、HDMI、PCIE、SATA、MIPI、ARM CPU、AD/DA、電源管理等諸多經(jīng)過嚴格評估和量產(chǎn)驗證的IP。而這些IP大部分都是富士通內(nèi)部開發(fā)的，如此省去了客戶為尋找各個IP而去和不同IP供應(yīng)商談判的時間。從芯片的風(fēng)險角度來講，一旦芯片出現(xiàn)IP的質(zhì)量問題，客戶也無需為此而在各個IP供應(yīng)商之間周旋。從成本角度，富士通半導(dǎo)體所提供的打包IP方案也會幫助節(jié)省客戶初期的IP 投入。”
圖6：富士通半導(dǎo)體可提供完整、經(jīng)過制造驗證的高品質(zhì)IP
靈活的商業(yè)模式
此次CICE參展的不少IC設(shè)計服務(wù)公司都強調(diào)從spec-in階段就或深或淺地參與到客戶（即包括IC設(shè)計公司也有想自己開IC的系統(tǒng)公司）項目中，除了IP、后端設(shè)計，與Foundry和封裝廠打交道的事兒，也可以大部分委托給這些專業(yè)IC設(shè)計服務(wù)公司，因而產(chǎn)品創(chuàng)新周期大大縮短，降低成本。靈活的商業(yè)模式在如今的市場環(huán)境下顯得至關(guān)重要。
圖7：傳統(tǒng)的商業(yè)模式IP
圖7展示了傳統(tǒng)的COT和ASIC設(shè)計模式。傳統(tǒng)的COT模式使得客戶很難將所有的服務(wù)如Design、IP/ Library、Mask、Wafer Manufacture、Shuttle、Assembly、Test、Failure Analysis、E-Fab整合在一起。而傳統(tǒng)的ASIC模式則表現(xiàn)出高成本，低靈活性。
圖8：富士通半導(dǎo)體提供靈活的Foundry Biz模式。
顯然，傳統(tǒng)的商業(yè)模式已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)今市場對于IC設(shè)計服務(wù)的要求了。富士通半導(dǎo)體提供非常靈活的商業(yè)模式，從ASIC到COT之間有Pure ASIC、 TGD ASIC、 Foundry+（DS,FTK）、Foundry+（IP Support）、Pure Foundry這五種服務(wù)模式可供客戶選擇。
劉哲強調(diào)說：“富士通半導(dǎo)體將拋開傳統(tǒng)IDM公司的業(yè)務(wù)模式，愿為中國本土IC設(shè)計公司的成長提供工藝、IP、設(shè)計等支持，并搭載靈活的商業(yè)模式，致力于成為本土半導(dǎo)體公司的強有力合作伙伴。”
移動設(shè)備訪問
