Решая задачу обеспечения успешного выпуска полупроводниковых изделий в первом же цикле изготовления, фирма COMPASS Design Automation (USA) предложила разработчикам интегральных схем (ИС) включиться в программу PassportЄ Foundry Program. Суть программы заключается в широчайшем предложении физических библиотек, доступных для применения на большинстве мировых кремниевых фабрик, что подкрепляется тесным взаимодействием фирмы COMPASS с фабриками для привязки характеристик моделей к реальному кремнию.
Сотрудничество фирмы COMPASS с фабриками по программе Passport Foundry Program заключается в верификации технологических процессов фабрик и в создании таких моделей физических библиотек, которые обеспечат ожидаемые разработчиками характеристики ИС независимо от выбора изготовителя. Это первая программа такого рода, от реализации которой выигрывают как разработчики, так и изготовители.
Ядром программы Passport Foundry Program являются библиотеки Passport фирмы COMPASS - это логические модели и физические топологии цифровых схем, которые разработчики используют для создания специализированных ИС (ASIC) и специализированных стандартных продуктов (ASSP). Библиотеки включают в себя логические ячейки, ячейки элементов ввода-вывода, компиляторы памяти, компиляторы трактов данных Datapath, как в виде стандартных ячеек, так и на основе вентильных матриц. Библиотеки создавались для методологии Customer Owned Tooling (COT), что означает проектирование ИС до конечной топологии самим заказчиком. Эта методология поддерживается кремниевыми фабриками, а также полупроводниковыми компаниями, не имеющими своих фабрик.
Методологии проектирования
Согласно методологии COT (рис. 1) разработчики используют логические библиотеки Passport и наборы инструментальных средств (design kits) для планировки, синтеза, размещения и трассировки и, наконец, контроля временных характеристик различных блоков проекта. Далее эти блоки обрамляются периферийными ячейками ввода-вывода и наполняются конечной физической топологией, записываются на магнитную ленту в формате GDSII, которая передается на завод-изготовитель. Завод изготавливает набор физических шаблонов и воплощает изделие в кремнии на своем оборудовании. Ответственность в этом случае за функциональные характеристики изделия полностью лежит на заказчике, в то время как завод гарантирует качество технологического процесса.
Рисунок 1.
Методология проектирования Customer Owned Tooling.
Традиционная методология проектирования ASIC (рис. 2) в отличие от методологии COT, требует, чтобы разработчик использовал сертифицированные изготовителем средства проектирования и им же поставляемые библиотеки. Такой подход замыкает разработчика на изготовителя ASIC. Это делает проекты зависимыми от колебаний цикла производства у изготовителя, а также подвергает заказчика возможному ценовому давлению от единственного изготовителя. С другой стороны, изготовитель ASIC гарантирует функциональные характеристики изделия посредством процедуры приемки-сдачи (sign-off) базы данных проекта.
Рисунок 2.
Традиционная ASIC-методология проектирования.
Методология COT позволяет облегчить бремя этих ограничений, сосредотачивая все библиотеки в руках разработчиков, а не у фабрики. Программа Passport Foundry Program предпринимает следующий шаг, который заключается в калибровке результатов, достигаемых на основе библиотек Passport на множестве фабрик. Проект, созданный в базисе библиотек Passport, может быть передан любому заводу-участнику программы Passport Foundry Program с уверенностью в том, что конечное изделие будет изготовлено с такими же характеристиками, с какими оно могло бы быть изготовлено у любого другого участника программы Passport Foundry Program. Диапазон возможного отклонения характеристик определен в пределах не более 10%.
Программа Passport Foundry Program обеспечивает переносимость проекта среди ведущих в мире изготовителей (рис. 3). От разработчиков требуется только однократная проверка временных параметров проекта после процесса размещения при переходе от одной фабрики к другой.
Рисунок 3.
Доступ к множеству фабрик посредством программы Passport.
Преимущества для пользователей
Компании, которые используют библиотеки Passport и достоинства программы Passport Foundry Program получают такие преимущества, как:
Преимущества для изготовителей
Многие наиболее успешно работающие мировые кремниевые фабрики - TSMC, Chartered Semiconductor Manufacturing, LG Semicon, UMC, IBM, ATMEL/ES2, Tower Semiconductor - стали участниками программы Passport Foundry Program по нескольким причинам. Программа позволяет изготовителям сбалансировать загрузку своих мощностей. Благодаря программе многие фабрики могут предлагать себя в качестве резервных мощностей. Это окажется особенно полезным, так как производители систем все чаще обращаются к контрактным фабрикам для резервирования производства всех стандартных частей с целью снижения риска несвоевременных поставок.
Одним из ключевых факторов, способствующих успеху фабрик, являлось сосредоточение усилий на отличном качестве производственного процесса при снижении затрат. Участие в программе Passport Foundry Program позволяет фабрикам сохранить подобную тактику, не неся при этом весь объем расходов, которые вынуждены нести изготовители ASIC: содержание полной и закрытой команды разработчиков библиотек; поддержка многочисленных входных форматов баз данных и маршрутов под различные САПР; организация и подбор кадров для своих дизайн-центров по всему миру. Перечисленные расходы нужно было бы возмещать за счет производства на одной фабрике. Чем больше различных фабрик, участвующих в программе, тем большая доля деловых и технических рисков распределяются между многими фабриками.
Библиотеки
Программа Passport Foundry Program обеспечивает эффективные размеры и характеристики кремниевых изделий, сопоставимые с получаемыми при индивидуальной разработке, ориентированной на конкретную фабрику. Кремниевая эффективность (площадь) проектов на основе методологии COMPASS с обобщенными правилами проектирования лишь на несколько процентов отличается от результатов, получаемых на основе правил, специфических для каждого изготовителя в отдельности. Это различие с лихвой окупается за счет использования библиотеки COMPASS, уплотненной вручную ее создателями. Ручное уплотнение библиотеки ячеек представляет собой весьма трудоемкий процесс, который практически имеет смысл лишь при окупаемости за счет обширного числа пользователей.
Впрочем, процесс создания точных моделей для синтеза и моделирования, которые коррелируют с характеристиками изготовленных кремниевых кристаллов, является полностью автоматизированным. Гарантией соответствия моделей и реальных кристаллов является принадлежащее фирме COMPASS уравнение 9-го порядка Input Slope Modeling (ISMЄ), которое позволяет проводить моделирование на уровне вентилей с точностью, отличающейся всего на несколько процентов от SPICEЄ. Уравнение ISM фирмы COMPASS покрывает широкий спектр параметров процесса, таких как температура, напряжение, включая влияние скорости нарастания фронтов входного сигнала на время задержки ячейки, инерцию выхода, время установления сигнала, время удержания, минимальная ширина импульса. Подобные точные временные модели содержатся в наборах инструментальных средств (design kits), поставляемых фирмой COMPASS и предназначенных для синтеза и моделирования как в средствах COMPASS, так и в других ведущих системах.
Состав библиотек Passport
Каждая из библиотек Passport состоит из двух крупных частей:
Библиотека Passport состоит из библиотек:
Библиотеки Passport доступны для 0,8 мкм, 0,6 мкм, 0,5 мкм и 0,35 мкм технологий, с напряжением питания 3 в и 5 в, с количеством слоев металлизации 2, 3 и 4, в зависимости от технологии.
Кроме САПР COMPASS, библиотека Passport работает также и в средствах САПР других ведущих фирм: Synopsys, Verilog, Cadence.
Как работает программа Passport Foundry Program
Для того, чтобы стать пользователем программы Passport Foundry Program, разработчики ИС переводят свои проекты в базис библиотек Passport, проводят размещение, трассировку, экстракцию, верификацию и повторное моделирование и, наконец, один раз готовят для передачи базу данных на ленте. Все это выполняется стандартными средствами ASIC-проектирования и, возможно, с использованием более расширенной библиотеки. Затем разработчики передают магнитную ленту с результатами проектирования на любой из заводов-партнеров по программе, сопроводив ее специальными директивами Passport Foundry Visa.
COMPASS и заводы-партнеры разработали Passport Foundry Visa в виде детальных правил подготовки производства - это совместные исчерпывающие директивы для подготовки базы данных и оснастки под каждый из технологических процессов каждого изготовителя. Passport Foundry Visa четко определяет как проводить специальную для конкретного завода обработку слоев проекта ИС, представленного базой данных в GDSII-формате.
Visa определяет необходимые процедуры по обработке фотошаблонов для получения одинаковых по параметрам изделий на разных заводах-изготовителях. Visa включает также специальные "skew"-файлы, позволяющие заказчику отверифицировать проект на конкретных для данного изготовителя временных параметрах. Разработав директивы Passport Foundry Visa для каждого технологического процесса, COMPASS и ее партнеры разрабатывают предложения по библиотекам под-ключ, которые позволяют удовлетворить требованиям заказчиков в связи со сжатыми сроками и ограниченным бюджетом.
Соответствие характеристик библиотечных моделей реальным величинам подтверждается тестовым кристаллом фирмы COMPASS, разработанным совместно с Meta-Labs фирмы Meta-Software. Тестовый кристалл помогает исследовать критические параметры технологического процесса изготовителя для гарантии того, что использование физических библиотек Passport даст ожидаемый результат при воплощении проекта в кремнии.
Программа Passport Foundry Program базируется на основополагающих промышленных стандартах нескольких организаций:
Опираясь на эти стандарты, программа Passport Foundry Program действительно позволяет достичь истинной переносимости проектов ASIC и ASSP между фабриками при гарантии получения требуемых временных характеристик и размеров изделий. С разработкой более всеобъемлющих стандартов, касающихся оборудования для технологических процессов с нормами ниже 0,25мкм, программа Passport Foundry Program и библиотеки Passport окажут еще большее влияние на развертывание нового поколения технологии.