跟上摩尔定律需要了解他们,ESD和其他重要的检查。
由Arvind Shanmugavel
更快的处理器,降低电力的目标和减少技术增加了集成电路(IC)可靠性分析的复杂性。与20 nm节点成为主流,集成电路设计团队快速改良他们的分析方法来模拟和捕获各种可靠性失效机制。电迁移(EM)分析、热分析和静电放电(ESD)分析是关键的可靠性检查需要执行在一个集成电路。
减少设计周期和利润率
IC设计团队经常受到压力的产品便宜,比前几代的。设计团队被迫构建他们的设计,添加新的功能,采用积极扩展通过技术移民跟上市场需求。的上市时间需要移动行业需要集成电路设计团队压缩设计周期。缩短设计周期加上新的流程节点需求的复杂性需求验证。可靠性验证不再执行的最后一个项目签字指标,但从早期设计阶段执行捕捉潜在的可靠性问题,可能导致日程。
有几个在可靠性方面的挑战在迁移到20 nm节点。电迁移验证互联和ESD验证是最具挑战性的工作之一。利润率的电迁移和ESD 20 nm节点比以往任何时候都小。最小宽度金属很少用于规则库细胞由于电迁移和自动加热的要求。防静电操作窗口,位于设备击穿电压与设备运行电压,最小也在其20 nm节点。为了满足适当的ESD标准,关键是用模拟驱动方法模型的人体模型(HBM),机模型(毫米)和带电设备模型(CDM)事件,确保精确的位置夹和二极管。电流密度检查也是一个强制确保ESD事件不会引起金属烧坏。
感知应用程序的可靠性
设计糟糕的可靠性与今天的压缩芯片设计不再是可接受的周期。ICs需要优化设计的可靠性和不过度设计为最坏的情况。SoC的操作条件进行电迁移分析之前需要了解。例如,如果一个应用程序处理器运行一个特定的向量集,如视频编码或音频播放,需要估计累积电迁移的影响基于所有这些向量通过设备的生命周期。
热可靠性也是另一个应该应用意识和最终用途意识。例如,相同的处理器可用于手持设备或在一个独立的媒体服务器中,这两个有不同的最终用途和应用程序。热设计力量(TDP)处理器的最终用途之前需要了解热模拟表演。还需要了解冷却方法如被迫或被动冷却热可靠性的设计。
可靠性库的扩展趋势
标准单元库的设计和重用是几十年来在SoC设计方法学基础。移动到20 nm节点都有自己的图书馆设计的挑战。通常,一组标准单元库设计为特定的流程节点,为各种终端产品的重用。与当前比例电迁移的趋势,然而,设计操作相同的细胞在一个频率不再能可靠地运行在更高的频率。例如,示例8 x在500 MHz时钟缓冲操作可以通过信号EM检查使用最小宽度路线metal1 20 nm节点。然而,同样的8 x 1 GHz缓冲区操作将导致信号EM检查失败的最小宽度的路线。保险设计糟糕的操作频率通常附带了一个点球,也可能影响设计进度。
热对可靠性的影响
与被动冷却被主流移动产品,计算系统的热特性和ICs是至关重要的。系统集成商需要了解真正的热系统的边界,而IC设计师需要了解on-die热特性进行更好的可靠性分析。从历史上看,系统设计者将使用单个热源模型在系统芯片的行为。然而,理解空间热特性的集成电路在移动底盘被动冷却方案的成功至关重要。以系统为中心平台相反例如从Ansys IcePak提供系统级热分析的功能和底盘。IC-centric平台如Sentinel-TI Ansys提供的能力分析的热行为的上下文中IC包边界约束。
电迁移限制一个指数依赖于模具的工作温度。操作温度的微小变化会引起大的变化在EM故障分析。重要的是要考虑一个精确的热死在他们分析的概要文件。中心平台运行、图腾等死于Ansys提供能力来提取和分析电力和信号EM on-die热剖面的影响。
未来的可靠性验证
可靠性验证技术彻底改变了从一个节点到另一个过程。随着我们规模成sub-10nm范围、复杂multi-physics仿真功能需要开发进行可靠性分析。统计故障模型电迁移需要开发各种操作场景或最终用途的应用程序。3 d-ics将释放一个新的水平的热可靠性验证的复杂性。Multi-physics平台,可以模拟复杂的失效机制和应用统计模型将成为新一波的能力。
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