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5nm、7nm新工艺受宠 硅光技术将迈向主流应用

进入21世纪以来,摩尔定律的失效大限日益临近,人工智能、5G、自动驾驶等新应用的兴起,对芯片性能提出了更高的要求,同时也推动了半导体制造工艺和新材料不断创新,工艺节点从28nm到10nm只经过了短短的五年,每一代新工艺都会给芯片带来升级,同时加持新工艺的产品也会受到用户青睐。

华为海思的麒麟990 5G采用了台积电的7nm EUV,AMD今年通过与台积电7纳米合作,旗下CPU和GPU销量大涨,原本对7nm没有兴趣的英伟达也在迅速跟进,AMD也追随台积电的步伐,下单5nm EUV,赛灵思持续向5nm推进。目前,台积电7nm制程订单目前满载,市场供不应求,5nm制程还未大规模量产,已经遭到苹果、海思、超微等厂商哄抢。

未来,半导体新工艺的发展前景如何?会在哪些领域发挥越来越重要的作用?

针对以上问题,与非网开展了新一期专题《超摩尔时代的半导体工艺、材料创新》,本次访谈,与非网特邀Cadence公司产品管理总监Jeremiah Cessna参加了讨论。

超摩尔时代,异构集成给芯片设计带来新挑战

随着摩尔定律失效的大限日益临近,我们即将迎来超摩尔时代。为了满足5G、IoT、汽车等复杂应用的需求,模拟、RF和混合信号设计必须支持不同的基板技术,且与多IC环境集成。Cadence专注于开发符合异构器件需求的集成和分析解决方案,帮助设计师实现单芯片IC(SoC)方案无法达成的性能目标。但与此同时,异构集成也给芯片设计带来了全新的挑战。

设计复杂异构系统最大的挑战是,设计师需要摆脱“传统芯片设计”的思维模式。设计师不能像过去一样只关注单一模块或IC,而是要将采用不同工艺技术的多IC集成封装视为常态;且必须综合考虑设计层次,才能满足系统的功耗和性能目标。复杂的设计实现之外,散热和信号集成也愈发成为复杂异构系统设计的重要挑战。

工艺节点迅速向更低延伸,提高生产力是王道

半导体制造工艺发展迅速,从28nm到7nm只用了5年时间,而7nm还未成为主流,5nm马上就要量产,业界一直在预估工艺节点未来的走向,哪种工艺节点会成为未来的主流。 Jeremiah Cessna表示,采用现有工艺节点的客户需求依旧强劲。究竟未来哪种节点会成为主流,现在断言还为之过早,不同的工艺节点都拥有独特的价值定位,在市场上也都会占有一席之地。Cadence将一如既往地为所有主流代工厂采用的工艺节点提供支持。

半导体工艺进入7nm节点后,前段与后段制程皆将面临更严峻的挑战,代工厂和客户对尖端工艺节点的首要诉求是提高设计生产力。先进节点的推进也为设计的复杂性带来几何倍数上升,对设计能力的需求也快速更迭。设计产能毕竟是有限的,我们能做的只有利用一切可用资源,提高生产效率。

Jeremiah Cessna 认为,7nm节点时代,很多老牌传统设计厂商都积极开发新的工作流程和方法论,力图提高整体设计效率。客户、代工厂与Cadence的合作让生产力的提高成为可能。

硅光技术将从实验室迈向主流应用

除了前段和后段制程带来的挑战,5nm工艺的成本也会大幅度提升,一般芯片公司难以承受,这被视作大规模应用的障碍,业界也在寻找5nm能够大规模应用的领域。Jeremiah Cessna介绍,2011年,我们刚开始支持finFET工艺,业界对其工艺复杂性、设计实现的成本,以及价值定位等问题普遍有所担忧;但我们所做的一切努力都是为了推动技术与行业的进步,而不是与技术的发展背道而驰。整体来讲,半导体行业一直都在克服挑战,随着高性能IC的发展不断提高标准,并推动市场成长。

接下来几年,基于硅片的光电技术将被传统的电子系统设计所采纳。Jeremiah Cessna相信,硅光技术将从实验室快速走向主流应用,提高性能,降低功耗,并在多个行业拥有一席之地。

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