“على الرغم من الشائعات حول موت قانون مور أو فشله في مواكبة ذلك ، يبدو أن صناعة أشباه الموصلات مستمرة إلى حد كبير في تطوير عقد عملية جديدة وتصميمات معقدة بشكل متزايد. نتيجة لذلك ، تستعد الشركات إلى ما لا نهاية تقريبًا للعقدة التالية ثم الانتقال إلى العقدة الجديدة.
“
مقدمة
على الرغم من الشائعات حول موت قانون مور أو فشله في مواكبة ذلك ، يبدو أن صناعة أشباه الموصلات مستمرة إلى حد كبير في تطوير عقد عملية جديدة وتصميمات معقدة بشكل متزايد. نتيجة لذلك ، تستعد الشركات إلى ما لا نهاية تقريبًا للعقدة التالية ثم الانتقال إلى العقدة الجديدة.
بالنسبة إلى المسابك ، يتركز هذا الإعداد على الأجهزة الجديدة وأدوات المعالجة الجديدة وتدفق العمليات الجديد. في الوقت نفسه ، يجب عليهم التأكد من توفير مجموعات القواعد المؤهلة (مستندات القواعد) للعملاء. تركز بيوت التصميم على تحديد وظائف الدائرة وأهداف الأداء مع ضمان امتلاكها لبرامج وأجهزة التصميم المطلوبة وجاهزة للاستخدام لتحقيق توقيع التصميم في غضون فترة زمنية معقولة.
على الرغم من أنه نادرًا ما يتم الحديث عنها ، إلا أن صناعة أتمتة التصميم الإلكتروني (EDA) تستعد أيضًا للعقدة التالية. مع ظهور مجموعة متنوعة من تقنيات المعالجة الجديدة وقدرات التصميم الجديدة الناشئة ، هناك الآن حاجة متزايدة لقدرات الأتمتة المتزايدة لأتمتة التحقق باستخدام مجموعة من أدوات التحقق من صحة المسبك ، مع الحفاظ على أعلى دقة. ستتعمق هذه المقالة في تحديات تطوير العقدة التالية وكيف تقوم Mentor ، شركة Siemens Business بإعداد كاليبر لكل “عقدة تالية”® nmPlatform.
التحديات الحسابية للعقدة التالية
المقياس الكلاسيكي لقياس الزخم الأمامي في صناعة أشباه الموصلات هو عدد ترانزستورات الدائرة المتكاملة (IC) في التصميم. يصف قانون مور ملاحظة تجريبية: عدد الترانزستورات لكل IC يتضاعف تقريبًا كل عامين. يبدو أن الادعاءات القائلة بأن قانون مور على وشك الموت قد سُمع في السنوات الأخيرة ، لكن الأدلة التجريبية لا تزال تظهر أن هذا ليس هو الحال.يوضح الشكل 1 رسمًا بيانيًا مُركبًا مُحدّثًا لأعداد الترانزستور بمرور الوقت لمعظم شرائح IC المعروفة على نطاق واسع [1]. تُظهر البيانات أن عدد الترانزستور كان يتزايد باطراد على مدار الخمسة والأربعين عامًا بأكملها ، مع اقتراب معظم الرقائق الحديثة من 20 تريليون ترانزستور.
الشكل 1: عدد الترانزستور IC بمرور الوقت.
(مصدر البيانات: https://en.wikipedia.org/wiki/Transistor_count ؛ تصور البيانات: OurWorldinData.org ؛ Max Roser مرخص بموجب CC-BY-SA.)
يتناسب تعقيد فحص قواعد التصميم (DRC) مع عدد المضلعات في التصميم. في حين أن عدد الترانزستور له تأثير مباشر على عدد مضلع طبقة نهاية الخط (FEOL) ، فإنه لا يمثل بحد ذاته الزيادة الإجمالية في عدد المضلعات. لا تُظهر طبقات منتصف الخط (MOL) ونهاية الخط الخلفي (BEOL) زيادة في عدد المضلعات لكل طبقة فحسب ، بل تُظهر أيضًا أن عُقد العملية المتقدمة تتطلب غالبًا طبقات ربط إضافية. تعني المصادر المتعددة لزيادة عدد المضلعات أن أدوات التحقق مثل مجموعة Caliber يجب أن تتعامل مع معالجة المضلع التي تتجاوز معدلات نمو قانون مور.
بطبيعة الحال ، فإن قواعد التصميم المرتبطة بعمليات السباكة ليست مجرد وظيفة للعدد الإجمالي لطبقات التصميم في التصميم. بمرور الوقت ، مع دمج مكونات التصميم وتقنيات العمليات الأكثر تعقيدًا والمراعية للسياق والحساسة للتغيير في عقد العملية الحديثة ، ستزداد أيضًا أنواع المشكلات التي يجب فحصها في أي طبقة معينة. يوضح الشكل 2 العديد من تقنيات العمليات الجديدة وحساسيات التصميم التي لا تتطلب المزيد من عمليات التفتيش فحسب ، بل تتطلب أيضًا أنواعًا جديدة تمامًا من عمليات التفتيش. يتناقض الرسم البياني مع الزيادة في عدد الطبقات مع الزيادة في أنواع عمليات التحقق المطلوبة ، ويوضح كيف يزداد عدد قواعد التصميم والعمليات المطلوبة لتنفيذ هذه القواعد مع تطوير عقدة العملية. يتطلب كل فحص العديد من سطور الترميز للتنفيذ ، ويوضح متوسط عدد عمليات DRC على الرسم البياني عدد الخطوات التي يتعين على البرنامج تنفيذها بالفعل للتحقق من التصميم بشكل صحيح.
الشكل 2: متطلبات الميزات الجديدة وقواعد DRC / تعقيد التعليمات البرمجية لعقد العملية المختلفة.
في النهاية ، يتم تحديد قوة الحوسبة والموارد اللازمة للتحقق من صحة IC حديثة من خلال تعقيد القاعدة مضروبًا في إجمالي عدد المضلعات للتصميم. أي شخص يفهم الرياضيات سيلاحظ على الفور أن ضرب اتجاهين متزايدين بشكل كبير يمثل مشكلة صعبة للغاية للتغلب عليها. أدركت مينتور أنه لحل هذا التحدي الهائل على ما يبدو ، احتجنا إلى التفكير خارج نطاق الحلول التقليدية واستكشاف جميع السبل الممكنة لتوسيع وتحسين أداء وإنتاجية مجموعة أدواتنا. يواصل فريق Caliber إضافة إمكانات جديدة أساسية إلى مكتبة أدوات Caliber لتوفير فحوصات آلية دقيقة للمتطلبات الجديدة والموسعة ، مع السماح للشركات بالوفاء بجداولها الزمنية في السوق.
ضع أساسًا متينًا
العنصران الأكثر وضوحًا في مواجهة هذا التحدي الحوسبي المتفجر هما سرعة المحرك الخام والذاكرة. على الرغم من أن مجموعة Caliber كانت موجودة منذ عقود ، فقد تم تحسين قاعدة الشفرة الأساسية باستمرار ، أو حتى إعادة كتابتها بالكامل ، ليس فقط لإضافة وظائف جديدة ، ولكن أيضًا لتحسين قدرتها بشكل كبير على أداء الوظائف الحالية والاستفادة من الحوسبة السحابية والموزعة الحديثة البنية الاساسية.
يوضح الشكل 3 اتجاه وقت التشغيل الطبيعي لإصدارات البرامج المختلفة لنفس مجموعة تشغيل Calibre® nmDRC ™ (مستند التشغيل). تمثل كل نقطة بيانات في المتوسط 20 تصميمًا فعليًا للعميل وتعكس التحسن الذي تم تحقيقه بواسطة عامل واحد (يتم الاحتفاظ بعوامل أخرى ثابتة) للمحرك الأساسي لـ Caliber مع تغير إصدار البرنامج. على مدى ثلاث سنوات ، زادت سرعة المحرك بنسبة 80 بالمائة. يوضح هذا الاتجاه كيف تقوم Mentor بتحسين أداء جميع أدوات التحقق المادية وأدوات التحقق من الدائرة.
الشكل 3: اتجاهات وقت تشغيل محرك العيار الطبيعي لإصدارات البرامج المختلفة.
يعد استخدام الذاكرة أيضًا عاملاً رئيسيًا في تحسين أداء الأداة. يقارن الشكل 4 أداء إصدارين حديثين من Caliber nmDRC على ستة تصميمات مختلفة 7 نانومتر. مع تحسن هياكل البيانات الأساسية وتقنيات إدارة الذاكرة ، ينخفض استخدام الذاكرة بشكل مطرد بنسبة 40-50٪. مرة أخرى ، يمثل هذا التقدم تحسينًا في الأداء تم تحقيقه بواسطة Caliber nmPlatform. في حين أن Caliber nmPlatform يقود الصناعة بالفعل في استخدام الحد الأدنى من الذاكرة ، تبحث Mentor باستمرار عن فرص لتحسينها.
الشكل 4: مقارنة تحسينات استخدام الذاكرة في الإصدارات الأخيرة من أداة Caliber nmDRC.