无线SOC设计 90纳米及65纳米需求攀升
包括3G手机在内的各种新兴电子产品,已加快系统单芯片(SoC)的需求。台湾联电(UMC)透过与EDA、IP等业者的合作,已在尖端90纳米及65纳米制程方面,协助客户快速进入量产。
由FSA主办的“Wireless SoC Design”无线系统单芯片设计论坛,邀请联电美国分公司负责系统及架构支持的首席工程师(Chief Engineer)王克中(KC Wang)博士及Cadence负责模拟混合讯号及射频(AMS/RF)设计方法锦囊妙计的技术市场总监Robert A. Mullen,分享无线系统单芯片的市场应用情形。
技术成熟,需求升温
联电美国分公司负责系统及架构支持的首席工程师王克中博士表示,联电的制程技术,在90纳米方面,是第一个交货给客户的晶圆厂。目前产品种类已经超过30种,包括5项RF产品在内。90纳米总出货量方面,换算成8吋晶圆,已经超过50万片,产能来自两个12吋厂及一个8吋厂。在65纳米方面,联电也是第一个交货给65纳米客户的晶圆厂。目前已经进入量产阶段,签约客户已有9家,完成设计Tape Out的产品有10个。
绕着地球跑,支持Cadence全球客户有关模拟混合讯号及射频(AMS/RF)设计方法锦囊妙计(Design Methodology Kits)的Cadence公司技术市场总监Robert A. Mullen,累积了许多与客户面对面的实战经验。他表示,在无线设计流程中,最重要的几个关键包括:“环环相扣的设计流程”、“组件设计及线路布局都经过测试的RFIC PDK(Process Design Kit)”、“RFIC模拟及验证工具”、“RLCK撷取器”及“被动组件模型(Passive Modeling)与EM模拟”等。
其中,“环环相扣的设计流程”包括从系统到IC,以及从IC到模块的各个设计环节。而“RLCK撷取器”则用来更精确地预测芯片的频率与设计效能。
Robert A. Mullen指出,Cadence的无线设计方法锦囊妙计,将陆续有新的方案推出,除了目前的AMS/RF Kit、RF-Sip Kit、ARM Verification Kit外,2007年还将陆续推出Low-Power Kit、无线SOC Verification Kit及SiP Kit等。
谈到市场,王克中指出,由于整合多项尖端技术的3G手机等应用普及,使得客户对系统单芯片(SOC)的需求快速升温。以晶圆厂来说,提供完整的SOC解决方案,必须掌握的关键要素,除了一流的晶圆厂制造流程及良率绩效外,还要具备系统架构知识,并提供SOC制程平台,IP及设计方法论等。
Robert A. Mullen也表示,目前Cadence在RFIC领域,已经支持许多国际级的重要客户。其中,位于希腊的Helic公司,成功开发WLAN 802.11b,把RF收发器(transceiver)及模拟基频(analog baseband)完全整合。
伙伴缔盟,共挑大梁
制程越走越尖端,任务的挑战度也越来越高,各种缔盟的策略伙伴关系,更见积极。针对无线通讯这个热门的产品领域,王克中博士表示,联电除了定义并提供各种制程技术外,透过与ARM合作,提供各种经过制程验证的IP。
与EDA业者的合作方面,联电与Cadence合作,提供许多经过EDA工具与设计流程验证过的设计案例,给客户参考。此外,在设计服务及封装测试方面,联电则分别与智原及硅品有密切合作。
绵密服务,降低风险
协助客户以最快、最具成本效率的方式,快速实现设计并推出新产品面市,不但是站在支持端的IP/EDA业者、晶圆厂、设计服务及封装测试等厂商的任务,同时也是核心竞争力所在。
联电除了提供0.13微米、90纳米及65纳米成熟的制程技术外,完整的SOC制程平台还整合了混合讯号制程、RF制程、高压制程、嵌入式内存及CMOS影像传感器(CMOS Image Sensor, CIS)等。
王克中博士表示,联电SOC逻辑制程平台(Logic Process Platform)中,又分“混合讯号及RF”、“嵌入式内存”、“CMOS影像传感器(CIS)”及“高压”等四大制程模块。
“混合讯号及RF”制程常应用于制造消费性电子产品,包括ADSL STB、Cable Modem、无线通讯产品、家庭RF及蓝芽等产品等。“嵌入式内存”制程则适合用于MPU、DSP、影像、网络、3G手机、芯片组、PGA及SRAM等相关IC。“影像传感器”制程常用于手机照相机、数位相机、PC相机、监视器、汽车、及医学相关IC。“高压”制程则普遍用于电源管理IC、低温多晶硅(LTPS)、TFT LCD、PDP及OLED驱动IC、DC-DC转换器等。
为了协助客户更容易使用该公司提供的晶圆专工设计套件(FDK),以最短的时间找到合适的电感器及电容器,联电还提供客户虚拟的电感器与电容器数据库(Virtual Inductor & Capacitor Libraries),让客户可以透过最佳电感搜寻器(OIF)及最佳电容搜寻器(OCF),提高设计效率。
克服技术难关
随着制程技术不断微缩,线宽越来越细,布局绕线的挑战也越来越艰巨。跨入先进制程后,许多布局绕线的结果常产生大量漏电的问题。王克中博士举了个0.13微米逻辑制程的实验个案为例,证明联电技术团队已克服这个问题,并可大幅改善漏电的情形。该实验是一个百万闸级的复杂IC,频率速度为333Mhz,采联电0.13微米1P8M制程,有效地降低了83%d的漏电情形。
可制造的IC设计(Design for Manufacturing, DFM)技术,也是伴随尖端制程而来的重大课题。如果不能符合晶圆厂的制程特性,再精巧先进的IC设计,如果制造不出来,也是枉然。为了避免这项困扰,联电提供一套名为DFM-Aware 的设计流程(DFM-Aware Design Flow),协助客户及早克服可制造性的问题。首先是“DFM-Aware数据库”,提供各种IP,SPICE电路模型及技术文件;其次是Tape Out前的“DFM模拟”及Tape Out后的“PSM, OPC, LRC”等光罩资料的准备。最后则是整合了微影及硅制程等诸多制程条件的“DFM-Aware模型及规范”,协助客户掌握DFM的关键。
数字SoC未来看好
Robert A. Mullen指出,RFIC走向尖端制程,最主要的三大诉求包括降低成本、降低功率消耗,以及追求更好的SoC整合。这在传统的模拟RF线路设计方法中,却存在着很大的挑战,以致于总是无法达到很好的产品性能。如今,透过更简化的模拟线路加上更有创意的数字设计,已经可以达到过去多年以来无法达成的梦想。
Robert A. Mullen拿出一个采0.18-0.13微米制程的“模拟”直接转换接收器,以及采90纳米低功率制程的“数字”RF处理器的线路图做比较。前者繁复的设计,被后者简单的几个混合讯号处理器、A/D及数字基频芯片(Digital Base Band)架构,就轻松地比了下去。
针对数字SoC未来的看法,Robert A. Mullen举Prismark一份有关无线技术的报告资料指出,2004年无线IC的制程还以0.18微米CMOS为主,模拟RF仍多于数字;2006年制程以0.13微米CMOS为主,数字线路持续增加,并首度超越模拟RF的线路;2008年时,无线IC的制程技术将以90纳米CMOS为主,并有90%的数位线路。
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