? ? ? ? 在最近召開的2012年半導(dǎo)體國(guó)際研討會(huì)上,?該會(huì)議圍繞CMOS技術(shù)的未來開展。會(huì)議的重點(diǎn)是展現(xiàn)英特爾首個(gè)新技術(shù)——22nm?3D三柵極晶體管,其中一個(gè)座談小組還就FinFET設(shè)備技術(shù)進(jìn)行了研究。令人驚訝的是,大家卻有著截然不同的觀點(diǎn),并且這些觀點(diǎn)都可以說是有理有據(jù)的。我從來沒有在該行業(yè)內(nèi)見過大家的觀點(diǎn)竟有如此大的差異。然而,也有可能是,沒有哪個(gè)專家的觀點(diǎn)是對(duì)的或是錯(cuò)的。顯而易見,每個(gè)專家都是用不同的“價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)”來衡量的。我把這個(gè)“價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)”定義為衡量芯片的指標(biāo)(如:成本、功率和性能)以及芯片設(shè)計(jì)指標(biāo)(如:設(shè)計(jì)成本、復(fù)雜性和投放到市場(chǎng)的時(shí)間)。

對(duì)于那些未能參加研討會(huì)的人,我為他們總結(jié)了自己對(duì)本次會(huì)議的10大見解。
? ? ? ??1.Intel的22nm?3D三柵極晶體管是令人印象深刻的工程。在一個(gè)300mm的晶片上將近有1萬億個(gè)鰭狀結(jié)構(gòu)片(大約相當(dāng)于在每一個(gè)CPU上就有30億個(gè)鰭狀結(jié)構(gòu)片;每一個(gè)鰭狀結(jié)構(gòu)片的最大寬度也只有6-9nm,大約只占12-18硅晶格距。)這將是有史以來最小的橫向特性圖案,?就算是對(duì)高容量CMOS制造業(yè)而言也是一樣的。對(duì)22nm的CPU而言,幾乎每片鰭狀結(jié)構(gòu)都是很重要的。因?yàn)槿绻鸆PU上任何一個(gè)鰭狀結(jié)構(gòu)受到損壞,那這個(gè)CPU就賣不出去了。我仍相信,擁有三柵極技術(shù)能使得Intel在未來5年中領(lǐng)先于同行。
? ? ? ??2.?Intel目前在三柵極CPU方面有所發(fā)展,雖然說產(chǎn)量不高,但是這種情況隨著三柵極技術(shù)的出現(xiàn)會(huì)有所改善的。在ICs行業(yè),性能歷來就比成本和功耗更重要。然而,生產(chǎn)商和智能手機(jī)芯片設(shè)計(jì)工程師很快就指出:毫無疑問,移動(dòng)SOCs中使用了硅技術(shù),并且成為行業(yè)領(lǐng)先產(chǎn)品。對(duì)于制造英特爾智能手機(jī)處理器芯片(如Medfield和Cedar?Trail)而言,在產(chǎn)品的成本、功耗和性能方面上,用28?nm的生產(chǎn)遠(yuǎn)比用32nm的要好得多。生產(chǎn)時(shí),也會(huì)有一套豐富的28nmIP核設(shè)計(jì)過程,比如基帶的集成以及在單個(gè)28nm集成電路SOC上的應(yīng)用處理器。我能感受到制造公司和設(shè)計(jì)公司在回應(yīng)Intel的大膽聲明(“無生產(chǎn)線模式正在逐步崩潰”)時(shí)就曾正式指出了這點(diǎn)。
? ? ? ??3.在會(huì)議之前,逆向工程公司Chipworks曾報(bào)道說Intel的鰭狀結(jié)構(gòu)外形是一個(gè)不規(guī)則的四邊形形狀,并且那一點(diǎn)無論是在會(huì)前、會(huì)中或會(huì)后都是一個(gè)關(guān)鍵的主題。專家們都一致認(rèn)為,理想的FinFETs應(yīng)該有一個(gè)矩形翅片,并且產(chǎn)量問題可能會(huì)導(dǎo)致Intel在技術(shù)周期結(jié)尾時(shí)改變鰭狀結(jié)構(gòu)的形狀(由于日程安排的疏忽,所以導(dǎo)致未能改變)。令人驚訝的是:在Intel的paper?Q/A中,當(dāng)要Chris?Auth對(duì)鰭狀結(jié)構(gòu)加以介紹時(shí),?他給大家的回答是“性能”(降低外部電阻)。最開始,人們對(duì)其模型的假設(shè)是確定一個(gè)與清除的間隔的散熱片材料相關(guān)的產(chǎn)量問題。普遍的共識(shí)是,fin?profile(盡管對(duì)Intel來說是好事)對(duì)手機(jī)部件而言將有太多變化。這些手機(jī)部件發(fā)展不快速,包裝也不完整(通常是專門為在最壞的情況下設(shè)計(jì)的,98%產(chǎn)量都是這樣的)。大多數(shù)人認(rèn)為,如果做到14nm,那么Intel就能做成一個(gè)矩形鰭狀外形了。
? ? ? ??4.對(duì)一般散裝不規(guī)則形狀的FinFET(具有單個(gè)n和pFET工作功能,并且可以通過整暈摻雜設(shè)計(jì)點(diǎn)來調(diào)整閾值電壓)進(jìn)行了討論。達(dá)成了對(duì)Intel某些方面的一致認(rèn)識(shí)(這些方面包括:設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)、對(duì)其工作和應(yīng)用到市場(chǎng)時(shí)總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)進(jìn)行的討論)。主要包括以下幾點(diǎn):
? ? ? ??a.由于它會(huì)導(dǎo)致關(guān)斷泄漏,所以對(duì)在底部形成的非完全耗盡晶體管、鰭狀結(jié)構(gòu)較厚的部分有著高度關(guān)注。Intel只報(bào)道低于1nA/um的泄漏情況。1nA/um,這對(duì)中央處理器來說是一個(gè)適當(dāng)?shù)哪繕?biāo),但智能手機(jī)設(shè)備需要在10pA/um范圍內(nèi)為總處于首/尾功的率門控裝置降低約100倍的泄漏。
? ? ? ??b.另外一種降低關(guān)斷泄漏的方法是添加?xùn)艠O功函數(shù)。然而,想要在3D結(jié)構(gòu)上添加四個(gè)或更多功函數(shù)并不是一件簡(jiǎn)單的事(僅是雙閾值電壓類型的話,就只要2n和2p)。這對(duì)移動(dòng)市場(chǎng)而言,是件非常成本高并且很復(fù)雜的事。
? ? ? ??c.在設(shè)計(jì)方面的話,會(huì)議集中討論了bulk-only?FinFET方法。這種方法很有可能需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行再分配。一般而言,電源管理單元、射頻甚至模擬電路都需要關(guān)斷芯片。對(duì)低成本移動(dòng)解決方案而言,單芯片SOC幾乎是必需的,因此FinFET應(yīng)該想中國(guó)3G?SOC市場(chǎng)一樣在大范圍內(nèi)不具備足夠的吸引力。
? ? ? ??5.儀器專家對(duì)FinFET器件的看法有好有壞:
? ? ? ??a.“好”:理想的FinFET器件具有卓越的DIBL和頂端設(shè)備的擺幅(當(dāng)頂級(jí)設(shè)備的閥值低,并且其電流由頂部的鰭狀結(jié)構(gòu)決定時(shí),Intel公布的數(shù)字是令人印象深刻的);
? ? ? ??b.“壞”:真正的FinFET元件子鰭泄漏和高翅片高度控制晶體管的變化,摻雜鰭,鰭的形狀和所有的3-D工藝步驟的設(shè)備和工藝工程師普遍認(rèn)同,“理想的FinFET元件是偉大的,但生產(chǎn)FinFET元件失去了一些平面器件相比的優(yōu)勢(shì),當(dāng)然這取決于如何實(shí)施。”
? ? ? ??真正的FinFETs在體積上受到sub-fin泄漏和高晶體管變異(由鰭狀結(jié)構(gòu)高度控制、鰭狀結(jié)構(gòu)參雜度、鰭狀結(jié)構(gòu)形狀和所有的3D流程步驟導(dǎo)致的)的影響。設(shè)備和工藝工程師普遍同意,“理想FinFETs非常棒,但是實(shí)際生產(chǎn)中的FinFETs相比平面設(shè)備而言卻失去絕對(duì)優(yōu)勢(shì)”,這取決于如何實(shí)現(xiàn)。
? ? ? ??6.在此次會(huì)議上,我們看到了許多關(guān)于FinFET器件的研究論文。移動(dòng)手機(jī)領(lǐng)域里的專家們明確表示,“成本將比市場(chǎng)所能承受的要高。”這些技術(shù)看起來挺有趣的,比如說為$200的CPU配上?$1,000的服務(wù)器芯片,但“我的高端手機(jī)芯片只賣20美元”或者是說“普通的手機(jī)芯片到銷售價(jià)在$1到$5之間?!?
? ? ? ??7.?20nm和14nm的微影成本也是一個(gè)熱門話題。行業(yè)普遍認(rèn)為,20nm雙重圖案的價(jià)值是可觀的,并且以50nm的金屬間距和70nm的柵極間距而言,14nm三重圖案在技術(shù)上是可行的,但在手機(jī)市場(chǎng)中,它并不劃算。業(yè)界將轉(zhuǎn)向昂貴的間距縮放和專注于制造更好的芯片,比如像20-28nm級(jí)別的。
? ? ? ??8.隨著第三代iPad的出現(xiàn),我們應(yīng)該更重視GPU的功耗、性能和成本指標(biāo)。蘋果的A5X芯片的峰值功率大約為5W,而其中大約80%左右是為GPU供電的。?與CPU相比,GPU模片區(qū)面積也更大一些。毫無疑問,在與平板電腦市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)時(shí),A5X將是其“新標(biāo)桿”。?
? ? ? ??9.加州大學(xué)伯克利分校的Tsu-Jae?King?Liu教授論述了從平面CMOS發(fā)展到“end?of?the?CMOS”經(jīng)歷了一個(gè)怎樣的歷程。今年6月,IBM還發(fā)表了一篇關(guān)于“將平面延長(zhǎng)至14nm”的文章。跟王教授一樣,其他的專家也認(rèn)為,平面的CMOS也終按將end?of?the?CMOS模式發(fā)展。?FinFETs肯定有更好的靜電分析,但用高制程變動(dòng)和大量的設(shè)計(jì)限制來移植和設(shè)計(jì),依舊是一個(gè)重大問題,特別是對(duì)手機(jī)市場(chǎng)而言。就像硅技術(shù)一樣,在SOC內(nèi)部進(jìn)行IP設(shè)計(jì)以及如何利用新技術(shù)使得IP生態(tài)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能快速設(shè)置都是很重要的。?(這點(diǎn)在今年早些時(shí)候發(fā)表的“怎樣在芯片之戰(zhàn)中大獲全勝?”一文中也有提到)
? ? ? ??在2012年的熱門產(chǎn)品中,可以看到相關(guān)的2個(gè)例證:新一代iPad不使用舊的應(yīng)變硅或高電介質(zhì)金屬門;由于Snapdragon以超低價(jià)和更少硅技術(shù)特性與LTE的結(jié)合,使得高通在新的三星Galaxy?S3上贏得為通信SoC設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)。
? ? ? ??10.會(huì)議結(jié)束時(shí),我們一致認(rèn)為:“在未來很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),想要超越這個(gè)偉大的會(huì)議是非常困難的?!?br /> ? ? ? ??
? ? ? ??電子發(fā)燒友網(wǎng)編輯論:
一直以來,CMOS芯片因其制造成本較低、效率較高以及數(shù)據(jù)傳輸速度較快等優(yōu)勢(shì),在越來越多的產(chǎn)品及應(yīng)用領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用,市場(chǎng)更青睞于采用CMOS傳感器。就目前來看,智能手機(jī)市場(chǎng)仍然是未來CMOS傳感器的最大應(yīng)用市場(chǎng)領(lǐng)域,去年份額便占據(jù)了總體CMOS出貨量的79%之多。另外筆記本電腦普遍裝備攝像頭,電視會(huì)議將成為CMOS的第二大應(yīng)用市場(chǎng)。除此之外,CMOS傳感器在安防監(jiān)控領(lǐng)域、汽車系統(tǒng)等兩個(gè)增長(zhǎng)型市場(chǎng)中的應(yīng)用也不斷上升。
?——電子發(fā)燒友版權(quán)所有,轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處!
?
電子發(fā)燒友App














































評(píng)論