電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/周凱揚）在晶圓廠的諸多資產(chǎn)中，光刻機(jī)等各種設(shè)備決定了是否能制造出先進(jìn)芯片的硬件實力，而PDK（工藝設(shè)計套件）則決定了工藝細(xì)節(jié)、差異化和可靠性，可以說是每個晶圓廠的軟實力。Fabless客戶在生產(chǎn)前必須使用晶圓廠提供的PDK，確保晶圓廠能夠靠他們的設(shè)計成功流片，并實現(xiàn)預(yù)期的PPA目標(biāo)。

然而，這些PDK往往都是封閉保密的，客戶需要簽訂保密協(xié)議才能獲取到PDK，否則這些套件都被封閉在授權(quán)服務(wù)器或密碼保護(hù)的下載網(wǎng)站上。對于現(xiàn)在這個開源盛行的軟件生態(tài)來說，確實顯得有些格格不入了。但這畢竟是商業(yè)機(jī)密，做此保護(hù)可以理解，但也有的晶圓廠開始推出開源PDK。

開源PDK的過去

晶圓廠本身的專有與封閉特質(zhì)其實也有商用EDA工具廠商的功勞，首先EDA的廠商的數(shù)量相較芯片設(shè)計公司來說遠(yuǎn)算不上多，而且就只有那么幾家占據(jù)主導(dǎo)地位，對于晶圓廠來說，要想做到全部支持無疑是癡人說夢，所以還不如限制支持的工具數(shù)量。

然而早在20世紀(jì)晶圓制造的熱潮初期，有不少設(shè)計工具都是開源的，直到后來才逐漸轉(zhuǎn)變成所謂的設(shè)計軟件。當(dāng)時的MOSIS基金會推出了一個半開放式的PDK，名為SCMOS，支持到了數(shù)個晶圓廠和工藝。

可之所以稱之為半開放，就是因為該PDK使用了較為保守的規(guī)則，并沒有給到生產(chǎn)極限，器件模型和參數(shù)可不是順手可得的，而是也得與MOSIS簽訂保密協(xié)議。如今用SCMOS PDK設(shè)計的IP庫雖然仍可以提供，但MOSIS已經(jīng)不再繼續(xù)為這些PDK提供支持了，所以基本是不可生產(chǎn)的。這也就和一些大學(xué)的學(xué)術(shù)PDK一樣，目前處于一個名存實亡的境地。

90nm的開源PDK已成現(xiàn)實

而到了2020年，Google和SkyWater推出的SKY130 PDK則做到了更進(jìn)一步，不僅提供的是該工藝節(jié)點的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計規(guī)則，還有SRAM和閃存單元這類特殊規(guī)則，以及所有器件模型和參數(shù)等等。今年7月，谷歌又宣布加深與SkyWater的合作，將開源工藝推進(jìn)至90nm，推出了SKY90-FD PDK，讓開放MPW計劃的參與者們都能用上SkyWater的FDSOI CMOS工藝。

這種開源PDK成功卸載了大量與EDA工具支持有關(guān)的工作，靠開源社區(qū)的開發(fā)者互相提供支持，并通過各種各樣的工具來利用這些工藝。開發(fā)者社區(qū)會自行修復(fù)發(fā)現(xiàn)的錯誤，補(bǔ)全缺失的功能，也無需簽署任何保密協(xié)議。

有了SkyWater珠玉在前，一些晶圓廠也開始察覺到開源PDK和MPW項目不僅可以促進(jìn)開源項目發(fā)展，也能充分利用那些現(xiàn)在看來不那么先進(jìn)的工藝產(chǎn)能。于是格芯也加入了谷歌出資打造的這個開源芯片生態(tài)中，拿出了自己的180nm，推出了GF180MCU這一開源PDK。

除了數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)單元庫外，GF180MCU還提供了低中高壓器件模型、SRAM、I/O和基本元件（電阻、電容、晶體管）單元庫。不僅可以用于打造電機(jī)控制器、RFID，還能用于打造通用MCU和PMIC。

結(jié)語

雖然開源PDK和MPW已經(jīng)初見苗頭了，但要說目前提供的工藝水平的話，還是稍顯落后的，主要還是用來給初創(chuàng)企業(yè)與學(xué)研界驗證一些較為簡單的設(shè)計，所以10nm到28nm左右的工藝想要開源明顯還不現(xiàn)實。

但這里的“落后”僅僅是針對3nm、5nm等最先進(jìn)的工藝而言的，要知道，像180nm工藝的晶圓依舊有著每年1600萬片的出貨量。不過隨著先進(jìn)工藝不斷往前趕，未來幾年內(nèi)40nm以下的開源PDK還是有可能陸續(xù)出現(xiàn)的。

與此同時，中國也應(yīng)該加大這方面的投入，這并不是要求每個項目都做到“一生一芯”的程度，也不要求每個參與者都能流片出“香山”這樣的處理器，但這樣的開源芯片計劃無疑對于人才培養(yǎng)能起到推動作用，畢竟國內(nèi)的制造水平早就可以滿足180nm的需求了。