關鍵字：55nm 本土IC設計
正如富士通半導體ASIC/COT業(yè)務市場部副經理劉哲女士在不久前閉幕的“2012深圳(國際)集成電路創(chuàng)新與應用展”（China IC Expo，簡稱CICE）“IC制造和設計”論壇上指出的，“現(xiàn)在中國的IC設計公司大概有300多家，營業(yè)額在10M美金以上的可能不到10%，在100M美金以上的可能不到10家，總體來講中國IC設計產業(yè)還不是很健全，同質競爭嚴重，缺乏創(chuàng)新。我研究了一下過去5年中統(tǒng)計的中國十大公司，發(fā)現(xiàn)5年都能上榜的大概只有5家，市場的優(yōu)勝劣汰十分激烈。”
那么本土IC設計業(yè)如何能夠更好地在市場立足，在如此激烈的競爭中生存，并且不斷的壯大自己？劉哲及富士通半導體IP平臺解決方案事業(yè)部副總經理安佛英明先生針對這個話題在論壇做了題為“富士通半導體SoC 設計和芯片代工解決方案”的演講，分析了目前中國本土IC設計業(yè)在SoC設計中所面臨的挑戰(zhàn)和應對方法，并宣布了富士通半導體為中小型IC設計公司量身定制的55nm最新設計和制造服務解決方案從7月開始提供PDK和library給客戶進行設計。
SoC設計挑戰(zhàn)分析
“目前業(yè)界在SoC設計上遇到的挑戰(zhàn)最關鍵有兩點：一是Time-to-Market，二是cost。迎接這個挑戰(zhàn)就要從——工藝制程（Process）、IP、設計三個方面下工夫。選擇正確的工藝，有競爭力的IP及先進的設計方法是SoC成功的關鍵。” 劉哲簡潔明了地概括了SoC設計的成功之道。
圖1：SoC設計遇到的挑戰(zhàn)。
她特別強調了所謂正確的工藝制程并不是指最先進的工藝制程，而是最有性價比的，符合中國本土IC公司承受能力的，既能夠保證產品上市時間又降低成本的合適工藝制程。那么到底什么才是中國本土IC設計真正需要的工藝制程呢？
55nm——中國IC設計真正之“渴”
如今的消費類電子市場競爭已經進入白熱化階段，客戶的需求、競爭對手的挑戰(zhàn)都使得中國本土IC設計公司面臨巨大的生存壓力。另一方面，摩爾定律面臨極限挑戰(zhàn)，高端工藝因其高昂的前期投入成為中小設計公司可望而不可即的奢侈品。此外，低功耗的要求促使芯片設計者不得不追逐最新的40nm和28nm工藝，但這意味著巨大的風險和投入，無論是工藝還是IP的投入和成熟度都在一定程度上阻礙了許多想法最終轉變成硅片。
從2010年開始，中國開始出現(xiàn)越來越多的40nm設計，其中不乏幾千萬門級的智能終端IC。但40nm工藝超過百萬美元的一次NRE費用著實讓中國本土IC公司“傷不起”，加上IP方面不菲的投資以及整合驗證，使得項目風險很大。
如何以更低的投入最大化地利用主流的且成熟的65nm工藝去設計產品是業(yè)界很多公司都在尋求的目標。本次展會上，富士通半導體ASIC/COT業(yè)務部最新推出的兩套創(chuàng)新的55nm工藝制程CS250L和CS250S引起與會業(yè)內人士的高度關注，他們可幫助中國便攜消費類終端IC設計公司以65nm的成本水平實現(xiàn)功耗大幅降低、性能堪比40nm工藝的設計，對成本、上市時間和功耗極其敏感的消費終端ASIC設計意義重大。
圖2：富士通半導體ASIC/COT業(yè)務部攜55nm創(chuàng)新工藝隆重登場2012 CICE。
CS250L和CS250S的推出可以說恰逢其時，使得中國消費電子IC廠商又多了一種選擇，可不用急于往40nm節(jié)點冒進，在實現(xiàn)接近功耗的同時不僅能保護現(xiàn)有在65nm上的IP投資，而且NRE的費用仍像65nm一樣處于能承受的水平，因此非常適合中國的國情。
使65nm IP可直接用于55nm工藝
“模擬IP是通往真實世界的接口，但是大家都知道模擬IP的使用和工藝制程是非常相關的，比如一個IP在65nm的工藝制程下能用，可是到了55nm的時候就要換基于55nm工藝的IP了。富士通半導體解決了這個問題，憑借我們在模擬IP方面多年的技術積累，我們的65nm工藝IP可以直接用于55nm工藝中，這就極大地保護了客戶投資。” 劉哲表示。“另外，從晶圓代工、IP授權、設計服務以及封裝測試，富士通半導體強調的是一站式增值設計服務，可將客戶的成本、風險、上市時間降至最低。”她補充道。
富士通半導體的上述兩套全新55nm工藝是基于65nm技術而開發(fā)，可使客戶保護以往的投資。其中CS250L是基于對現(xiàn)有65nm后端工藝而優(yōu)化的全新標準單元、SRAM，可使整體功耗降低20%，芯片面積則節(jié)省15%左右。最大的特點是全套65nm IP不需要重新做移植，GDSII網表可以直接使用。圖3展示了CS250L的關鍵優(yōu)勢。
圖3：CS250L的關鍵優(yōu)勢。
以55nm工藝提供接近40nm的功耗
以55nm工藝提供接近40nm的功耗，同時還不會降低性能，理論上講這似乎不太可能。不過富士通半導體和美國SuVolta公司合作開發(fā)的新制程CS250S使得“Half the POWER，All the Performance”變成現(xiàn)實。
過去，雖然芯片的工藝制程技術一直在飛速進步，不過自從進入0.18微米（180nm）時代，CPU核心電壓降至1.xV級別后，即使是目前實際生產用最新的28nm制程也只能使核心電壓維持在1V左右。“高”電壓帶來的功耗問題也使移動計算方面處處受限，目前智能手機、平板電腦等最大的問題之一就是功耗和續(xù)航。而芯片電壓之所以無法突破1V的重要原因之一就是低壓無法驅動內部的SRAM模塊。
使電壓閾值下降至0.4V左右。DDCTM晶體管制造的嵌入式576Kb SRAM模塊最低可在0.425V電壓下工作，相比目前常用SRAM最低0.7V左右的工作電壓減少了40%左右。相對于效果類似的ETSOI和Tri-Gate制程，富士通半導體的這種技術更加簡便易行。富士通半導體應客戶要求將低功耗特性全面導入對應的產品中，對于逐漸SoC化的移動處理器來說這絕對是個好消息。
圖6顯示了576k SRAM宏模塊在不同電壓下的良率。良率由所有比特都通過的宏模塊數(shù)目計算而得。
圖4：576k SRAM宏模塊在不同電壓下的良率。
CS250S是一項革命性的創(chuàng)新技術，通過全新設計的DDCTM（Deeply Depleted Channel?） 晶體管技術，可以將現(xiàn)有65nm的功耗降低到原來的一半，而性能不受到任何影響，同時可很好地改善工藝生產造成的功耗波動。
如下圖5所示，在fast corner的最壞情況下，采用CS250S（55nm）的工藝制程其靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗均比采用65nm工藝制程降低50%，而且fast corner和slow corner更加集中，對于封裝熱阻的考慮變得更加收斂。
圖5：富士通半導體最新55nm工藝CS250S功耗比65nm降低一半。
完整、經過驗證的一站式IP平臺
前文曾指出，SoC的成功除了選擇合適的工藝制程外，有競爭力的IP也是關鍵?？蛻舻腟oC中要用到各種不同的IP，尤其當遇到與工藝制程相綁定的模擬IP的時候，選擇就不是那么的靈活，而富士通半導體完整的，經過驗證的低功耗模擬IP，可以為SoC設計帶來福音。
早在上世紀90年代，富士通半導體就在中國大陸開始推廣ASIC方案和設計服務，最初客戶以通訊和網絡IC公司為主。2006年，該公司又在中國開始推廣其日本代工廠的COT服務，以便為中國客戶提供90nm和65nm工藝的ASIC設計、IP、晶圓代工等多元化的服務，很多應用如衛(wèi)星電視、CMMB等消費類應用芯片都是在富士通日本晶圓廠投片生產的（40nm以下設計是轉由臺積電代工）。從2008年開始起， 他們中國客戶中消費類電子IC廠商的比重逐年升高。
安佛英明在演講中指出：“上市時間是消費類終端芯片產品取得成功的最重要因素，而迅速地整合IP資源是達到這一訴求的關鍵。富士通半導體提供非常完整的針對這類應用芯片的解決方案，提供諸如USB、HDMI、PCIE、SATA、MIPI、ARM CPU、AD/DA、電源管理等諸多經過嚴格評估和量產驗證的IP。而這些IP大部分都是富士通內部開發(fā)的，如此省去了客戶為尋找各個IP而去和不同IP供應商談判的時間。從芯片的風險角度來講，一旦芯片出現(xiàn)IP的質量問題，客戶也無需為此而在各個IP供應商之間周旋。從成本角度，富士通半導體所提供的打包IP方案也會幫助節(jié)省客戶初期的IP 投入。”
圖6：富士通半導體可提供完整、經過制造驗證的高品質IP
靈活的商業(yè)模式
此次CICE參展的不少IC設計服務公司都強調從spec-in階段就或深或淺地參與到客戶（即包括IC設計公司也有想自己開IC的系統(tǒng)公司）項目中，除了IP、后端設計，與Foundry和封裝廠打交道的事兒，也可以大部分委托給這些專業(yè)IC設計服務公司，因而產品創(chuàng)新周期大大縮短，降低成本。靈活的商業(yè)模式在如今的市場環(huán)境下顯得至關重要。
圖7：傳統(tǒng)的商業(yè)模式IP
圖7展示了傳統(tǒng)的COT和ASIC設計模式。傳統(tǒng)的COT模式使得客戶很難將所有的服務如Design、IP/ Library、Mask、Wafer Manufacture、Shuttle、Assembly、Test、Failure Analysis、E-Fab整合在一起。而傳統(tǒng)的ASIC模式則表現(xiàn)出高成本，低靈活性。
圖8：富士通半導體提供靈活的Foundry Biz模式。
顯然，傳統(tǒng)的商業(yè)模式已經不能適應現(xiàn)今市場對于IC設計服務的要求了。富士通半導體提供非常靈活的商業(yè)模式，從ASIC到COT之間有Pure ASIC、 TGD ASIC、 Foundry+（DS,FTK）、Foundry+（IP Support）、Pure Foundry這五種服務模式可供客戶選擇。
劉哲強調說：“富士通半導體將拋開傳統(tǒng)IDM公司的業(yè)務模式，愿為中國本土IC設計公司的成長提供工藝、IP、設計等支持，并搭載靈活的商業(yè)模式，致力于成為本土半導體公司的強有力合作伙伴。”
移動設備訪問
