1傳統作法
過去,IC設計流程就是通過運用各種軟件腳本撰寫與多種數據格式轉譯,由壹群單點設計工具糾合而成的可行設計方法或“流程”。這種方式已經運用了很長壹段時間――有時甚至是軟件工具供貨商用於自己的工具集中――用來匯集“各自為政”的應用軟件專業,無法以各自獨立運作的多種工具建立更高效率的設計“流程”。用戶表示,相對於商用EDA軟件工具的每壹美元費用而言,設計工具整合需要2到4美元(或更高)的成本。在晶圓制程歸屬於不連貫制程的時代,在半導體制造中就可以發現類似的道理――通常由硬件工具本身所定義――並且以手工方式在機器與機器之間移動晶圓。最終,需要而且履行機器接口標準、自動化晶圓處理和工廠自動化軟件的客戶都可以享受龐大的效率優勢。設備業界供應鏈齊聚壹堂以開發標準,而且每壹份子供貨商、晶圓廠與客戶都因為這項合作而受益匪淺。
現在有許多標準幫助實現了多重工具設計流程,但是卻沒有足夠標準能提供基礎架構以實現順暢的相互操作性。自稱為可相操作的工藝設計套件(PDK)鏈接庫(Interoperable PDK Library,IPL)聯盟的組織,就是協同合作以建立定制IC設計專享開放式環境的絕佳實例。
當IPL聯盟創始會員 AWR、Ciranova、Silicon Navigator、SpringSoft與Synopsys ? 首度會面時,第壹項任務就是采納矽芯片整合聯盟(Silicon Integration Alliance,Si2)的EDA數據庫開放存取(Open Access,OA)標準。過去,EDA公司出於產品開發的便利,也因為感覺到自己獨家的版本提供自己獨家產品的競爭優勢,開發了專利數據庫。外部供貨商存取這些專利數據庫僅限於特定的加值第三方工具,而且通常需要復雜的數據轉換才能夠在工具之間傳遞數據。因為創新通常從小處開始,通過合並或者並購而獲得技術的企業,常常發現自己的壹大堆工具沒有使用相同的數據庫。當然,嘗試運用不同供貨商的工具來建立同級最佳設計流程的客戶,會面臨復雜的挑戰;甚至於,嘗試以自己專利工具來整合商用工具的客戶,會遭遇到更糟糕的問題。
2開放式數據庫挑戰
2001年,其它努力失敗後幾十年,Si2組織了另壹個委員會,定義和開發開放式EDA數據庫標準。幾年後,OpenAccess (OA)數據庫呈現給了Si2,EDA工具之間的相互操作性終於綻露曙光。擱下了以前的競爭問題,現在OA可供任何Si2會員使用,而且快速成為標準的EDA數據庫,至少在定制與模擬設計方面。現在大約有34家OA聯盟會員,代表占全體EDA營收80%的EDA公司和許多大客戶。OA聯盟會員家數就是合作對於設計成功的價值的鐵證。雖然采用OA標準是壹個好的開始,但是仍然不夠。開放式數據庫――例如開放式操作系統(如Linux)――的誕生,不壹定表示已經實現了開放式設計環境的理想。當然,OA的廣泛采用會被視為建立完全相互操作環境的壹大裏程碑,但是盡管OpenAccess數據庫為設計端標準提供重要的基礎架構,廣泛采用仍取決於壹些關鍵的功能需求,而其中壹部分需求就是IPL聯盟的目標。
3具相互操作性的晶圓廠設計套件
這種需求之壹就是PCell鏈接庫,這是每壹個晶圓廠物理設計套件(PDK)的關鍵部分。PCells是“參數化”單元,運用於設計模擬與定制數字電路,取代許多固定單元,替代指定維度變量(參數)的不同值。例如,NMOS晶體管的單壹PCell可以替代幾乎無限量的器件尺寸,只需改變特定位置或「處理程序」的柵極長度參數。此外,還有關於PCells的先進功能,能夠提供替代某些變量的公式或函數,而得以維持必要的關系。甚至,有些PCells能夠自動順應模擬的輸入,依據特定條件取得適當的值。直到所有主要組件、鏈接庫與功能都可相互操作為止,開放式數據庫的值都會受限,尤其是模擬與定制數字設計。
模擬電路是運用以指定值對應特定裝置的符號,以電路圖格式而設計的。現在版圖工程師們知道先進的版圖工具能夠自動產生設計規則檢查正確的(DRC-correct)PCell版圖設計,甚至合並眾多器件以實現空間效益,而不必“手繪”任何壹個圖形。在電路圖與布線器中指定單元的連接,提供在版圖工具環境中手工或自動正確布線的各種替代方案。幾乎所有高階版圖工具都擁有以這種形式運作的PCell機制。問題是,當前使用的絕大多數PCells壹直都是以單壹供貨商的專屬語言撰寫而成的,為其它供貨商提供以其它語言撰寫的PCells,並保證與原始版本完全相同,對晶圓廠、客戶與EDA供貨商等而言,都是累贅而且繁重的工作。客戶通常受限於經濟因素,只能使用晶圓廠PDK所支持的工具,而無法顧及自己的偏好。在圖2中,與3個晶圓廠合作而且運用3個EDA供貨商工具的客戶,可能會需要多達9種PDKs以應對不同制程技術的需要。運用開放式標準,可以減少為3種PDKs,而運用先進工具,使用者甚至能夠分享單壹PCell鏈接庫。
4攜手合作
基於上述理由,IPL聯盟的創辦會員攜手合作,完成剩余的基礎架構,積極協助成就OA。曾經參與多公司協作的會員都知道,這些活動很多都失敗了,而最常見的成果就是PowerPoint幻燈片,還有壹大堆承諾。如此這般,IPL聯盟由5大公司發起,現在獲得將近20家其它廠商的支持,壹直都以飛快的速度運作。前面提到的樣本PCell鏈接庫已經在2007年4月發表;在2008年的設計自動化大會(DAC)已經展示多重供貨商、多種工具相互操作性;2009年7月,TSMC宣布業界首創具相互操作性的PDK (iPDK)開始供貨,包括相關的65nm模擬、射頻PCell鏈接庫;今年2月,IPL發表IPL 1.0標準,包括參考設計與PCell鏈接庫,讓每家公司都能受惠於同樣的技術。
這種非正式、無財源的IPL群組能夠在這麽短的時間內解決最大的爭議,表示協作時代已經降臨了。***同的利害關系與***同的利益就是協作成功的原動力,而IPL聯盟的成果證明了預期的好處。半導體業界有史以來首度,集成電路設計人員能夠以幾乎任意以OA為基礎的工具來運用同樣的PCell鏈接庫,包括內部開發的工具。在許多狀況下,遵循IPL標準,只需極少精力就能夠使用先進功能,客戶能夠實現可在眾多工廠或晶圓廠之間「攜移」PCells的美夢――至少在特定技術制程中。
5工具密切協作
在2007年秋季Si2 OpenAccess大會上,以某供貨商的某項工具運用標準符號(也是來自Si2)建立並以OA儲存的電路圖,被以其它供貨商的工具開啟了,修改然後傳遞給第三方供貨商的工具,其中變更仍然明顯,而且連結依舊完整。依據該電路圖而運用IPL具相互操作性PCell鏈接庫而建立的版圖,被以某項工具開啟了,其中部分PCell參數被改變了,而壹些節點被布線以證明有效的連接,同時產生故意的設計規則(Design Rule,DRC)違反。DRCs是以其它供貨商的工具執行,而錯誤標註也是以其它供貨商的工具而顯示在版圖中。以版圖工具修正了錯誤,新增更多布線,然後再用其它供貨商的其它工具來執行DRCs,顯示現在版圖已經沒有違反規則了。來自OA的原始數據完全不必轉譯成為GDSII等其它格式。
為什麽這算是卓越的成就呢?畢竟,這是所有客戶引頸企盼的工作運作方式!事實上,理所當然的壹大理由就是,許多半導體大廠都繼續使用內部開發的EDA工具。在計算機世界中,客戶期望硬件與軟件配合得天衣無縫,在順暢的網絡上使用彼此同意的通訊協議,還有標準插件與端子。若要讓市場接受,供貨商的工具必須能夠順暢地相互操作。違背標準的供貨商必須自擔風險,而且會在兼容性更高的方案面市時被淘汰。這就是相互操作的競爭優勢,因為符合所有客戶的期望。那麽,為什麽EDA還要有差異呢?
這項展示是2007年的壹大成就,在多重供貨商的工具中運用同樣PCell鏈接庫的集成器件制造商(IDMs)會員、晶圓廠與無晶圓廠設計團隊快速增加。有史以來首度,客戶們能夠從同級最佳設計工具獲益,了解通過晶圓廠認證的設計套件能夠在自己的設計流程中順利運作。
6總結
在OA數據庫上執行時,開放式PCells與開放式PCell功能讓創新EDA新手與頂尖EDA供貨商獲得了平等的競爭立場。無需開發數據庫的成本與精神之外,相互操作性的藩籬也撤除了,新觀念與產品將如雨後春筍壹般興起。許多EDA新手與老手都在努力,提高模擬自動化與整體設計生產力的水平。公平的競爭立場將鼓勵光明磊落的企業、大學研究人員和其它人士,建立和實現嶄新觀念。
同時,當代的產品必須進化以求生存。設計鏈中缺乏競爭,只會使市場領導廠商平白獲益。在開放式PDK開發工作上的協作的廠商滿懷信心,競爭可以改善產品,就好像競爭者壹般,而且自己有義務要創新與協作,才能夠跟上客戶需求的腳步。越來越多客戶要求相互操作性。無法協作就等於將優勢拱手讓給願意合作進行改善的競爭者。
設計端供應鏈與半導體供應鏈的其它部分毫無軒輊。「我們從前的作法」絕對不足取,協作才是王道。IPL聯盟等團體證明了,有足夠動機的時候,的確可以獲致具體而且意義非凡的成果。人們協同合作,壹定會創造奇跡。
作者簡介
Richard Morse是SpringSoft的EDA聯盟與技術營銷經理。