专家:FinFET具发展潜力但也充满风险

标签:FinFET晶圆
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在新思科技(Synopsys)于美国矽谷举行年度使用者大会上,参与一场座谈会的产业专家表示,鳍式电晶体(FinFET)虽有发展潜力,但也有风险,而且该技术的最佳时机尚未达到。

 

来自晶圆代工业者 Globalfoundries 的技术主管指出,该种 3D电晶体架构将在14奈米制程节点带来性能的提升,功耗也会比目前 28奈米制程降低60%;不过也有其他与会专家指出,该种电晶体架构因为电容增加,使得一些设计上的老问题更加严重,同时带来新挑战。

 

处理器设计业者Cavium Networks的IC工程副总裁Anil Jain表示,与目前的 28奈米制程相较,FinFET每微米(micron)闸极电容(gate capacitance)增加了66%的电容,回到与过去130奈米节点平面电晶体架构的水准;他补充指出,电容会让高阶晶片的性能提升与动态功率微缩(dynamic power scaling)受限。

 

「我们拥有这些美丽的(3D)电晶体,但我们无法让它们跑太远;」Jain指出:「动态功率会失控。」此外他也表示:「我们这些设计高性能元件的人,还没看到核心电压(core voltage)微缩方面有太多改善。」

 

Jain呼吁 EDA 供应商提供在控制交换功率与隔离电磁缺陷(isolating electromagnetic faults)方面表现更好的设计工具:「FinFET并非容易转换的技术,直到成功的那天我们都得为此付出代价,所以拜托不要让我们倾家荡产。」

 

高通(Qualcomm)晶片设计部门工程副总裁Michael Campbell则表示,不同晶圆代工厂的FinFET架构:「很类似,但并非完全一样。你只能在特定的方向蚀刻,而且蚀刻工具是共用的──这些是它们有相似性的原因──但各家晶圆代工厂其实在空间壁(spatial walls)与扩散(diffusion)方面用的技巧不同。」

 

Campbell指出,从英特尔(Intell)的22奈米 FinFET 图片可以看到不规则的锥状壁(tapered wall),那可能会冲击平面电晶体的缺陷模型:「这需要新的测试技术以及非常密切的合作夥伴关系,才能完成适当的可测试设计。」

 

而Campbell表示,在EDA领域,新思的:「Yield Explorer是很不错的工具,但仍是锁定平面电晶体架构──该公司需要推出针对3D电晶体架构的工具。他指出,无论是新思或其他EDA供应商的设计工具,都严重缺乏将简易的ATE图形压缩的方案,以供向后查找缺陷。

 

2014年底可望看到FinFET架构晶片?

 

如果以上的问题能获得解决,Jain与Campbell都预期会在 2014年底看到一些首批14奈米FinFET晶片问世。

 

「我会说该制程技术已经接近准备就绪,但设计流程还在开发阶段。」Campbell:「目前我们已经打造出2,000万闸的(14奈米FinFET)测试晶片,但未来商用产品将会达到20亿闸。」他的说法为该技术的未来发展提供了一些评量参考。

 

新思IP核心业务总经理Joachim Kunkel则从另一种角度提供了FinFET技术迄今进展的概要,他的部门在 2012年4月完成20奈米测试晶片投片,采用双重图形(double patterning),展现可运作的MIPI、PCI Express与USB等介面功能;接下来的14奈米晶片会是功能比较简单的元件,主要锁定记忆体功能,不过还未出厂。

 

「FinFET的设计参数跟平面电晶体大不相同。」Kunkel指出:「目前各家晶圆代工厂FinFET制成之间的差异性很明显,让我们每次(进行IP开发)时都得重头开始;而且大多数FinFET制程与设计工具仍在开发阶段,也让该工作加重。」

 

高通的Campell补充,FinFET:「会让你需要彻底重新评估元件架构──包括区分元件以及最佳化的方法──这是一大改变。」无论如何,如Globalfoundries设计解决方案副总裁Subramani Kengeri所言:「整个产业界正在尝试达成第一代FinFET元件的及时量产(time to volume)。」

 

Kengeri指出,为了赶上已经量产22奈米FinFET制程的英特尔,晶圆代工业者已经同意采取两个步骤:一是因应20奈米节点采用193奈米微影、双重图形技术的需求,二是在仍采用20奈米制作「后段(back end)」互连导线的制程节点,将14奈米FinFET加入「前段(front end)」制程运用的元件。

 

三星(Samsung)逻辑元件基础架构设计中心资深副总裁Kyu-Myung Choi重申,该公司已经承诺在2013年底将让「风险量产(risk production)」用的14奈米FinFET制程准备就绪;而Choi与Kengeri都表示,目前14奈米节点的良率以及性能表现都合乎预期。

 

 

 

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