设计规则的复杂性增加

变异,边缘位置错误,和各种其他问题迫使新工艺几何图形芯片制造商和EDA厂商面对日益复杂的体积越来越大,有时相互关联的设计规则,确保可制造的芯片。

规则的数量增加了,这是不可能手动跟踪他们,这导致了新的问题。其中包括:

•膨胀。规则甲板已经变得如此之大,如此复杂的过程,没有人知道为什么一些规则仍然存在或者已成为广泛的这个问题。这增加的数量需要检查,使调试更加困难。
•依赖关系。一些规则依赖于其他规则,这是一个日益严重的问题对于一些铸造厂在一些过程,但并不是所有的铸造厂在所有进程。
•独特性。低于28 nm,每个铸造设计规则甲板是独一无二的。使第二来源的设计,尤其是困难的问题是加剧了IP供应商可能不支持所有的新流程,因为它太复杂和耗时。

把所有的角度来看,在28 nm还可以手动跟踪每一个设计规则。通过引入finFETs和多模式,爆炸,自动化的规则数量现在是至关重要的。违规会导致其他一些违规行为,导致一系列的问题,可以限制产量和影响reliability-which为什么限制性设计规则(rdr)开发的。

图1:设计规则的增长。红线显示28 nm之后增加的规则。条红色虚线显示EUV预期影响由于减少多重图像和面具。来源:导师,西门子的业务

“高级节点更复杂,规则的数量爆炸式增长,“说Subramani Kengeri,副总裁和总经理GlobalFoundries”CMOS平台业务单元。“但这不是规则的数量是最大的问题。这就是他们都是相关的。如果一个规则依赖于其他规则,可以创建挑战布局。”

依赖的程度不同的铸造,和从一个节点到另一个相同的铸造。同样令人生畏的多边形相互的影响不同。

”形状的数量在一个交互的设计是最大的司机为什么我们有了更多的设计规则检查,”迈克尔说白色,产品营销主管Calibre物理验证产品导师,西门子业务。“铸造厂捕获这两种方式中的一种。第一种是通过在新技术特点设计规则节点。第二个是通过学习设计规则。但是网络有一个增长的设计规则无处不在。”

增加的数量在最先进的节点设计规则是普遍预期,但在老规则甲板增加节点,。“10年前65海里的过程比现在有很大的不同,”怀特说。“应用程序处理器仍在流血的边缘,但有很多集成电路内容相对较大的过程节点。”

图2:在65海里越来越复杂。来源:Semico研究/导师,西门子的业务

设计规则是什么?
设计规则通常称为限制性设计规则——是一组已知的方法来提高产量。实际上,他们捕捉行业知识如何制造半导体的改善时间收入铸造厂和芯片公司。如果芯片不工作,不赚钱。

这些规则和foundry-dependent过程。差异从一个铸造,和一个流程节点到另一个,这些差异更加明显在每个新节点的过程本身也变得更加复杂。

finFETs和多个模式的时代之前,典型的场景,设计规则将开始更严格,然后放松。随着越来越多的制造业数据收集,很明显,真正的问题以及如何解决这些问题,允许一些放松的规则。

这一趋势不再适用。“大约20 nm上次设计规则放松过去节点,“说导师是白色的。“我们仍然认为收益率学习铸造构建新芯片,但除了球他们现在看角情况下,他们不一定开始探索并没有捕捉到。我们发现的另一件事是,在旧的节点,可能有操作错误路由,这是一个竞争优势。10 nm是我们第一次见到单向路由层。设计的灵活性是消失。设计规则越来越严格保持这样。”

这并不意味着设计自由了。但这的确意味着,实现设计的标准方式自由,即通过减少节点,变得更加困难。

”水平的数量你能做的过程已经减少,”马克·理查兹说,技术营销经理在物理实现Synopsys对此。“关键指标是产量、控制方式和高速增长的产量不再发生了。从工具,你必须增加规则的复杂性使事情不会发生在一个设计。有复杂的相互作用的规则,很多被下推到我们EDA。”

激进的铸造厂是如何与新的光刻选项有影响,。

“前沿,设计规则在铸造厂是非常不同的驱动部分从不同的策略采用EUV,”约翰·Kibarian说,总裁兼首席执行官PDF的解决方案。“铸造厂是实现生产线”,虽然PPA很重要,研发成本是一种驱动力。因此最大化重用是越来越重要。因此挤出PPA的导数节点没有成功的完成重新设计增量改进一个平台。28纳米是一个很好的例子。有许多衍生品,从设计规则的角度的变化很小。”

将边界
rdr过去创造了行业内的类结构,最高销售量的供应商如苹果可以推动铸造厂修改规则,创建自己的异常,有时改变的过程。更小的芯片制造商,与此同时,抱怨他们不得不处理规则日增的悲观。但这些差异在很大程度上消失在10纳米。如果企业能够压低到高级节点,每个人都正在甲板上同样的规则。

rdr的缺点是他们限制设计的自由。包括印刷的形状,如何路由信号,总体平面布置图各块是如何布局的。

“从实现的角度来看,大多数设计师助理增加设计规则作为额外负担最终的路由,”罗德梅特卡夫说,产品管理组负责人在数字和验收小组节奏。“虽然这是真的,路由器必须支持更复杂的规则,所以还有一个增加对就业的影响。”

一直有一种设计和过程工程师之间的拔河比赛,但是设计规则的发展开始28 nm后增加更快。铸造厂试图平衡所有这些市场上,为特定的应用程序提供越来越多的选择基于节点,包括各种风格的相同的节点,不同的衬底材料。例如,三星铸造和GlobalFoundries报价全耗尽SOI过程除了散装CMOS,现在几乎所有的铸造厂提供一些高级包装选项可以帮助减少advanced-node规则的影响限制在这些节点所开发。

“在某些情况下比其他更重要,“Kengeri说。“如果有很多更多的晶体管,那么大概你可以得到更高的溢价。在物联网和低端手机,关键指标是成本。在过去,面积和成本是相同的。这是一个线性过程。生产成本没有增加老节点。但在14/10/7/5nm,制造成本和面积比例在不同的曲线。我们花了更多的时间往返于EDA,数字研究和设计因为有一些非常复杂的权力之间的权衡,性能、成本、区域、进度和易用性的设计。”

交通规则
随着芯片越来越普遍在安全至上的市场中,额外的规则被引入关于可靠性,。在汽车市场,例如,原始设备制造商和一级供应商要求零失败率超过10年。可以解决一些更完整的模拟的物理效果,但那只是照片的一部分。晶圆厂还需要合格的制造这些部件。

“因为他们进入技术节点已经存在,我们可以利用现有的流程和设计规则,”沃尔特·Ng说,企业管理的副总裁联华电子。”,我们看到一个区别从可靠性和制造的角度来看。有很多对边缘性。从历史上看,主流铸造,很多制造业是消费者相关。可靠性水平是好的,但它并不费力。在生产环境中,您可以添加可靠性返工件的制造。但是随着工业和汽车,有部分流动,这是不允许的。严格水平显著上升。”

有重大影响的成本制造这些芯片,因为废远远超过其他进程。

“零级,一、二和三个决定紧缩预期的报废率,“Ng说。“这是一个额外的成本或溢价部分。最重要的是,有可追溯性和幕后的要求。汽车标准要求所有铸造厂更了解这些需求。但是当你支持一个特定的客户与汽车的需求,这些需求可以是不同的从一个客户到另一个。并不是所有的黑白。有自定义为特定的应用水平,需要向下一箩筐的规则为每个项目”。

这并不是说高可靠性是铸造厂外国。但并不是所有的工作都需要它。

“如果你后退一步,看一些高性能计算产品,多年来一直在市场上,他们中的一些人进入你的笔记本电脑,”David炸说,首席技术官Coventor林研究公司。“这是一个高性能CPU或GPU。但其中的一些产品也进入卫星和最先进的大型计算机,允许有5分钟的停机时间每30年。一直都有产品的形式分布于整个可靠性分布。有一些东西,如果它到达客户和它不工作,没人在乎。但IBM和英特尔一直在高性能、高可靠性的cpu在一代又一代的前沿。”

有附件设计规则来支持这个。汽车,你正在寻找ESD和电气过分强调,“说导师是白色的。“但现在你在添加高可靠性最先进的节点,所以你需要检查对称,orientation-specific,和你一致。被抓获,但不是刚果民主共和国。”

规则在7/5nm和超越
随着越来越多的设计转移到更小的几何图形,包括人工智能芯片将用于自主车辆,规则的数量上升。虽然EUV缓解,复杂性不断增强的规则数量上升。

“在40海里以上,合法化标准电池的位置不需要许多设计规则检查,“节奏的梅特卡夫说。“添加填料标准细胞之间只是一种细胞插入适合的填料。作为设计师开始到7海里,越来越多的细胞放置规则是必需的。放置规则检查现在需要细胞间在同一行,细胞之间在不同的行,细胞之间不同的VT类、宽度的细胞依赖性,特定网站作业和许多其他人。这使得整个放置合法化过程复杂得多,和整个约束语言开发了捕获这些细胞放置规则。这些位置效应也影响身体意识到时间优化。时间优化引擎添加新的细胞或调整现有的细胞,这些位置规则时需要考虑合法化任何修改细胞以确保更新细胞位置是有效的。这是其中一个较为隐蔽的副作用增加设计规则的复杂性,但是它有一个显著的影响实现流。”

在7海里,修剪的金属形状需要更多的设计规则检查。“这从两个方面影响路由器,”梅特卡夫解释道。“首先,路由器必须知道如何检查这些复杂的规则,目前包括影响层形状,边缘和面具号码。然而,路由器的更重要的任务是防止任何违反设计规则检查的路由本身。这是更具挑战性的不仅仅是执行检查,验收和实现之间的区别。”

所有的EDA供应商竞争在这个空间正在努力跟上激增的规则,规则本身的复杂性不断增加。但是有更多的复杂性。

”下一个节点会有分歧与三倍和四倍模式从过去,“说GlobalFoundries Kengeri。“添加重要的复杂性。有电气问题,因为您可能已经变化在三个或四个层次。规则的数量将飞涨三重模式和四模式。有替代方法与SADP / SAQP,你有很规律的结构,但会导致额外的复杂性和约束。所以现在你必须决定,你把复杂性的过程或设计吗?你画这条线就大不相同了。”

复杂性的增长的原因之一是铸造厂已推出了很多half-nodes和quarter-nodes。

“我们称这些为以市场为导向的节点或精品节点,”Richards说Synopsys对此。“但使他们有吸引力的是你缩小芯片的逻辑,所有的休息保持不变,所以你可以很快增加生产。大约99%的流量是一样的。有一些额外的规则由于低水平的减少,但是你提供额外的路由密度数字部分。的成本从16/14nm 7海里是巨大的,但从12海里16/14nm不是那么糟糕。它花费更少,允许这些公司扭转设计更快达到下一个市场窗口,从竞争对手区分。”

最后,有一些运动规则的数量得到延续,尽管这个问题的程度是固定的不会完全了解外部的晶圆厂。

“有很多神话,尤其是在可制造性规则,得到在许多节点,“PDF的Kibarian说。“这些神话是基于什么坏假设驱动可制造性或收益。例如,对于许多节点(130 nm左右开始节点),晶圆厂建议通过增加一倍。双通过假设是通过是一个随机事件的失败,空间不相关的周边通过。然而,如果实际的失败率是layout-dependent,这问题你如何实现通过的两倍。在某些情况下,well-landed通过周围有大量的金属有较低的故障率。描述实际问题而设计的。我们还发现,最小化模式计数前缘尤为重要,随着产量已经从被赶离随机故障狭窄的窗口过程。最小化模式,允许更多的纬度的过程。晶圆厂和生产线已经采用了一种反馈回路设计规则和监督这些规则的边缘之间在生产设计。 Designs now include rich monitoring content specifically targeting critical rules. This information is now being used to inform how design rules evolve.”

结论
EDA厂商、芯片制造商、IP开发人员和铸造厂至少已经合作了过去几个流程节点,从0.1版开始的一个过程和工作一直到1.0版。但直到10/7nm,这些还是有点不同的世界。这不是真的了,增长和设计规则的复杂性是现在最好的方法收集他们所有的人都遇到的问题。

多大程度上转移到一个群体与另一个不同的铸造和节点,但是清楚的是复杂性不再仅仅是设计或制造。的整个流程,从最初的建筑一直到最后的制造。和规则来促进所有的稳步增长和越来越复杂。