5nm、7nm新工藝受寵，硅光技術(shù)將邁向主流應(yīng)用

進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái)，摩爾定律的失效大限日益臨近，人工智能、5G、自動(dòng)駕駛等新應(yīng)用的興起，對(duì)芯片性能提出了更高的要求，同時(shí)也推動(dòng)了半導(dǎo)體制造工藝和新材料不斷創(chuàng)新，工藝節(jié)點(diǎn)從 28nm 到 10nm 只經(jīng)過(guò)了短短的五年，每一代新工藝都會(huì)給芯片帶來(lái)升級(jí)，同時(shí)加持新工藝的產(chǎn)品也會(huì)受到用戶(hù)青睞。

華為海思的麒麟 990 5G 采用了臺(tái)積電的 7nm EUV，AMD 今年通過(guò)與臺(tái)積電 7 納米合作，旗下 CPU 和 GPU 銷(xiāo)量大漲，原本對(duì) 7nm 沒(méi)有興趣的英偉達(dá)也在迅速跟進(jìn)，AMD 也追隨臺(tái)積電的步伐，下單 5nm EUV，賽靈思持續(xù)向 5nm 推進(jìn)。目前，臺(tái)積電 7nm 制程訂單目前滿(mǎn)載，市場(chǎng)供不應(yīng)求，5nm 制程還未大規(guī)模量產(chǎn)，已經(jīng)遭到蘋(píng)果、海思、超微等廠商哄搶。

未來(lái)，半導(dǎo)體新工藝的發(fā)展前景如何？會(huì)在哪些領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用？

針對(duì)以上問(wèn)題，與非網(wǎng)開(kāi)展了新一期專(zhuān)題《超摩爾時(shí)代的半導(dǎo)體工藝、材料創(chuàng)新》，本次訪談，與非網(wǎng)特邀 Cadence 公司產(chǎn)品管理總監(jiān) Jeremiah Cessna 參加了討論。

Cadence 公司產(chǎn)品管理總監(jiān) Jeremiah Cessna

超摩爾時(shí)代，異構(gòu)集成給芯片設(shè)計(jì)帶來(lái)新挑戰(zhàn)

隨著摩爾定律失效的大限日益臨近，我們即將迎來(lái)超摩爾時(shí)代。為了滿(mǎn)足 5G、IoT、汽車(chē)等復(fù)雜應(yīng)用的需求，模擬、RF 和混合信號(hào)設(shè)計(jì)必須支持不同的基板技術(shù)，且與多 IC 環(huán)境集成。Cadence 專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)符合異構(gòu)器件需求的集成和分析解決方案，幫助設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)單芯片 IC（SoC）方案無(wú)法達(dá)成的性能目標(biāo)。但與此同時(shí)，異構(gòu)集成也給芯片設(shè)計(jì)帶來(lái)了全新的挑戰(zhàn)。

設(shè)計(jì)復(fù)雜異構(gòu)系統(tǒng)最大的挑戰(zhàn)是，設(shè)計(jì)師需要擺脫“傳統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)”的思維模式。設(shè)計(jì)師不能像過(guò)去一樣只關(guān)注單一模塊或 IC，而是要將采用不同工藝技術(shù)的多 IC 集成封裝視為常態(tài)；且必須綜合考慮設(shè)計(jì)層次，才能滿(mǎn)足系統(tǒng)的功耗和性能目標(biāo)。復(fù)雜的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)之外，散熱和信號(hào)集成也愈發(fā)成為復(fù)雜異構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要挑戰(zhàn)。

工藝節(jié)點(diǎn)迅速向更低延伸，提高生產(chǎn)力是王道

半導(dǎo)體制造工藝發(fā)展迅速，從 28nm 到 7nm 只用了 5 年時(shí)間，而 7nm 還未成為主流，5nm 馬上就要量產(chǎn)，業(yè)界一直在預(yù)估工藝節(jié)點(diǎn)未來(lái)的走向，哪種工藝節(jié)點(diǎn)會(huì)成為未來(lái)的主流。 Jeremiah Cessna 表示，采用現(xiàn)有工藝節(jié)點(diǎn)的客戶(hù)需求依舊強(qiáng)勁。究竟未來(lái)哪種節(jié)點(diǎn)會(huì)成為主流，現(xiàn)在斷言還為之過(guò)早，不同的工藝節(jié)點(diǎn)都擁有獨(dú)特的價(jià)值定位，在市場(chǎng)上也都會(huì)占有一席之地。Cadence 將一如既往地為所有主流代工廠采用的工藝節(jié)點(diǎn)提供支持。

半導(dǎo)體工藝進(jìn)入 7nm 節(jié)點(diǎn)后，前段與后段制程皆將面臨更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，代工廠和客戶(hù)對(duì)尖端工藝節(jié)點(diǎn)的首要訴求是提高設(shè)計(jì)生產(chǎn)力。先進(jìn)節(jié)點(diǎn)的推進(jìn)也為設(shè)計(jì)的復(fù)雜性帶來(lái)幾何倍數(shù)上升，對(duì)設(shè)計(jì)能力的需求也快速更迭。設(shè)計(jì)產(chǎn)能畢竟是有限的，我們能做的只有利用一切可用資源，提高生產(chǎn)效率。

Jeremiah Cessna 認(rèn)為，7nm 節(jié)點(diǎn)時(shí)代，很多老牌傳統(tǒng)設(shè)計(jì)廠商都積極開(kāi)發(fā)新的工作流程和方法論，力圖提高整體設(shè)計(jì)效率?？蛻?hù)、代工廠與 Cadence 的合作讓生產(chǎn)力的提高成為可能。

硅光技術(shù)將從實(shí)驗(yàn)室邁向主流應(yīng)用

除了前段和后段制程帶來(lái)的挑戰(zhàn)，5nm 工藝的成本也會(huì)大幅度提升，一般芯片公司難以承受，這被視作大規(guī)模應(yīng)用的障礙，業(yè)界也在尋找 5nm 能夠大規(guī)模應(yīng)用的領(lǐng)域。Jeremiah Cessna 介紹，2011 年，我們剛開(kāi)始支持 finFET 工藝，業(yè)界對(duì)其工藝復(fù)雜性、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的成本，以及價(jià)值定位等問(wèn)題普遍有所擔(dān)憂(yōu)；但我們所做的一切努力都是為了推動(dòng)技術(shù)與行業(yè)的進(jìn)步，而不是與技術(shù)的發(fā)展背道而馳。整體來(lái)講，半導(dǎo)體行業(yè)一直都在克服挑戰(zhàn)，隨著高性能 IC 的發(fā)展不斷提高標(biāo)準(zhǔn)，并推動(dòng)市場(chǎng)成長(zhǎng)。

接下來(lái)幾年，基于硅片的光電技術(shù)將被傳統(tǒng)的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)所采納。Jeremiah Cessna 相信，硅光技術(shù)將從實(shí)驗(yàn)室快速走向主流應(yīng)用，提高性能，降低功耗，并在多個(gè)行業(yè)擁有一席之地。

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