Altera计划2008年推出45nm产品。45nm工艺可以为客户带来价值,但是提高了厂商进入的门槛,使45nm是重量级厂商才能玩得起的游戏。45nm使FPGA有更多的机会进入ASIC领域,因ASIC的开发风险更高。45nm开发的三要素是:选择正确的合作伙伴;投片的第一个硅片就可以交付给用户;IC设计和生产紧密合作。
45nm芯片性能更高
从技术演化图的发展可知,十年来,半导体业每两年推出一个新的工艺节点,这种趋势还将继续保持着,并向35nm、22nm节点推进。其背后的驱动力来自于成本降低和硅片尺寸的减少。例如,密度比上一节点提高近2倍,容量提升等效于每年晶体管成本降低25%~30%;与此同时,工艺尺寸的降低也可以降低功耗,提高速度。
然而,与以往不同的是,客户需求的优先级发生改变。在90年代末到2000年初,客户最关心性能,其次是功耗、成本。这两年,用户最关心成本,之后是功耗、性能。45nm应变硅工程可提高三级管的性能达40%以上。
设计门槛提高
45nm提高了进入门槛,首先是由高昂的开发成本带来的。芯片的研发成本从一代到下一代至少增加50%,同时掩膜成本增加。
其次,工艺和设计之间的关系越来越紧密,因此诸如光刻、器件建模、可制造设计、可靠性等工艺生产型问题,不得不在IC设计过程中被考虑到。
再有,45nm研发的技术挑战大。控制三极管漏电流很重要。迄今电压能做到1V左右,由于电压不可能再往下降,因此降低功耗不能靠降低电压来实现了。器件布局比原来更受限制。由于采用了应变硅工程,改善了三级管之间的距离。三极管也不像过去随温度变化的现象那么明显,因此可把过去高性能三极管变成功耗较低的三极管。
制造门槛提高
投资一条45nm生产线成本30亿美元左右,每个新工艺开发成本接近10亿美元。工艺开发过程中我们遇到了两个问题,光的波长限制和原子尺寸的限制。我们采用12英寸晶圆和193nm浸入式光刻机,几乎达到了原子尺寸极限。门极氧化物厚度接近3~4个原子。所以原子漂移和数量多少会极大地影响三极管的性能。
三项措施
Altera主要有三个战略:1,选择正确的合作厂商,Altera是fabless(无芯片生产线)厂商,因此选择TSMC(台积电)作为芯片代工厂。2,采用“硅片率先投产”设计方法,即投片的第一个硅片就可以交付给用户生产。3,进行协作设计和工艺开发,Altera与TSMC的协作关系更像是一家公司的两个部门,两家公司共同成立了12个联合开发组,以共同应对45nm的挑战。
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