數(shù)字電路處理中仿照技術(shù)正在漸漸沒(méi)落

在這樣一個(gè)對(duì)數(shù)字電路處理有利的世界中，仿照技術(shù)更多地用來(lái)處理對(duì)它們晦氣的進(jìn)程。但這個(gè)現(xiàn)象或許正在改動(dòng)。

我們生活在一個(gè)仿照世界中，但數(shù)字技術(shù)現(xiàn)已成為主流技術(shù)?；旌?a target="_blank">信號(hào)處理方案曩昔包括許多仿照數(shù)據(jù)，只需求少量的數(shù)字信號(hào)處理，這種方案現(xiàn)已遷移到系統(tǒng)運(yùn)用中，在系統(tǒng)中第一次發(fā)生了模數(shù)轉(zhuǎn)化進(jìn)程。

仿照技術(shù)式微有幾個(gè)原因，其間一些是建立在自身缺陷上的。摩爾定律適用于數(shù)字電路而不是仿照電路;晶體管可以而且有必要做得更小，這有利于數(shù)字電路。但這對(duì)仿照晶體管的影響并不大，反而器件規(guī)范越小，仿照器件特性往往越差。器件的小型化一直是這個(gè)世界技術(shù)前進(jìn)的要害，在這一點(diǎn)上仿照技術(shù)不能跟上時(shí)代，逐漸被遺忘了。

工藝技術(shù)現(xiàn)已針對(duì)數(shù)字化進(jìn)行了優(yōu)化，這并不乖僻，但這對(duì)剩下的仿照元件造成越來(lái)越大的壓力。產(chǎn)品生命周期中的制造工藝改動(dòng)和參數(shù)退化在仿照世界中更具挑戰(zhàn)性。這意味著仿照元件需求比數(shù)字元件更多的分析和美妙的規(guī)劃。

仿照技術(shù)仍然被以為是一種藝術(shù)，而且自動(dòng)化并沒(méi)有以數(shù)字方法遷移到工具中，這意味著仿照出產(chǎn)力繼續(xù)下降。我們正在發(fā)現(xiàn)在芯片中，即便是非預(yù)期的仿照內(nèi)容也占有了SoC表面積很大的一部分，而且仿照器件的規(guī)劃需求很長(zhǎng)時(shí)間，也要承當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)。

挖苦的是，跟著數(shù)字設(shè)備越來(lái)越小，芯片越來(lái)越大，SoC規(guī)劃的幾個(gè)方面初步看起來(lái)更像是仿照問(wèn)題。時(shí)鐘和功率分配正在敏捷成為仿照問(wèn)題。芯片依賴于PHY電路移動(dòng)環(huán)繞系統(tǒng)移動(dòng)數(shù)據(jù)，這些是仿照電路的特點(diǎn)。

關(guān)于不能兼容仿照內(nèi)容的芯片（基本上也就意味著一切芯片），上述幾個(gè)方面僅僅是為什么摩爾定律無(wú)法完結(jié)芯片總面積、功率、功用進(jìn)步的部分原因，缺少對(duì)仿照信號(hào)和器件的注重，這是數(shù)字芯片現(xiàn)在付出代價(jià)的原因。

業(yè)界對(duì)這一趨勢(shì)沒(méi)有任何論據(jù)。Morton CTO首席技術(shù)官Oliver King表明：“搶先的高級(jí)工藝非常適用于邏輯密度和功用規(guī)劃，因此仿照電路有必要遵循規(guī)劃規(guī)則所帶來(lái)的約束。同樣的情況是，這些進(jìn)程的建模并沒(méi)有針對(duì)仿照規(guī)劃進(jìn)行優(yōu)化?！?/p>

西門子商業(yè)顧問(wèn)公司的產(chǎn)品營(yíng)銷司理杰夫·米勒彌補(bǔ)說(shuō)：“小功用規(guī)范的先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)規(guī)劃確實(shí)可以滿意大規(guī)劃數(shù)字邏輯的需求。低電壓、低功耗和地成為的邏輯晶體管是促進(jìn)摩爾定理繼續(xù)想數(shù)字方向展開(kāi)的要害因素。但是，關(guān)于仿照規(guī)劃團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，將其用于越來(lái)越小的特征規(guī)范的優(yōu)點(diǎn)并不能轉(zhuǎn)化。雖然在16nm及以下確實(shí)有許多仿照規(guī)劃正在運(yùn)用finFET和多模式化的工藝節(jié)點(diǎn)，但這一般是容許大數(shù)字和仿照（元件）在同一個(gè)芯片（die）上共存?！?/p>

工藝技術(shù)

有跡象標(biāo)明，跟著摩爾定律的放緩，這種情況或許會(huì)發(fā)生改動(dòng)。Synopsys的TCAD產(chǎn)品營(yíng)銷司理Ric Borges說(shuō)：“創(chuàng)造工藝規(guī)劃的公司有它們自己注重的三個(gè)重要方面。本錢是非常重要的，而且有必要與功用、功率特性和可靠性相平衡，一些比如轎車和醫(yī)療之類的運(yùn)用，在可靠性方面非常嚴(yán)厲，而其他運(yùn)用則不那么嚴(yán)厲?！?/p>

Borges指出，有許多仿照工藝運(yùn)用較大的功用規(guī)范?！霸S多人仍在180和130nm規(guī)范內(nèi)制造。在該基準(zhǔn)線內(nèi)，或許存在處理不同功率或電壓水平的衍生物。”

或許需求不同的思考方法來(lái)處理問(wèn)題。“高電壓晶體管的規(guī)范往往沒(méi)有得到很好的優(yōu)化?！?a href="http://www.ttokpm.com/tags/microsemi/" target="_blank">Microsemi的集成電路工程總監(jiān)Mathieu Sureau說(shuō)：“在某些情況下，鑄造廠或許只會(huì)供應(yīng)比我們需求的更高的給定電壓擊穿，這讓我們面對(duì)兩個(gè)挑選 ——不去做任何改動(dòng)，我們將面對(duì)規(guī)范丟掉;或許開(kāi)發(fā)我們自己的器件，但這不是最佳方案，因?yàn)槲覀冃枨篁?yàn)證它的可靠性?！?/p>

混合信號(hào)一般有必要使用更多的現(xiàn)代工藝來(lái)獲得必要的數(shù)字密度。Synopsys產(chǎn)品營(yíng)銷副總裁Tom Ferry說(shuō)：“我們初步看到工藝技術(shù)公司選用數(shù)字28nm制程并創(chuàng)建衍出產(chǎn)品。這些是針對(duì)具有比傳統(tǒng)28nm技術(shù)具有更多仿照或功率內(nèi)容的特定規(guī)劃?！?/p>

仿照規(guī)劃規(guī)則或許包括額定的雜亂性。Miller指出：“在集合數(shù)字化的工藝節(jié)點(diǎn)中，規(guī)劃規(guī)則首要是確?？芍圃煨院彤a(chǎn)值。在仿照技術(shù)中，一般還有其他規(guī)劃規(guī)則用于捕獲許多‘仿照效應(yīng);，例如良好的附近效應(yīng)（proximity effects）、應(yīng)力效應(yīng)（因?yàn)镾TI等）和模式改動(dòng)（proximity effects）效應(yīng)。它們或許導(dǎo)致晶體管規(guī)范大于最小可制造規(guī)范，用于精確或匹配區(qū)域。換句話說(shuō)，仿照技術(shù)一般會(huì)仿照高級(jí)節(jié)點(diǎn)中更大特征規(guī)范的工藝，然后進(jìn)一步降低了仿照模塊的工藝縮放的優(yōu)勢(shì)?！?/p>

但是存在一些問(wèn)題，有人從中看到了機(jī)遇。Sureau指出：“Guarding / latchup原則/ PDK規(guī)則關(guān)于許多設(shè)備一般很差或不存在。這為規(guī)劃團(tuán)隊(duì)供應(yīng)了或許獲得優(yōu)勢(shì)的空間，或許至少與其他團(tuán)隊(duì)有所區(qū)別，要害在于他們?cè)趺匆宰顑?yōu)化的方法克服這些問(wèn)題。”

Synopsys以為， TCAD技術(shù)越來(lái)越多的運(yùn)用幫忙代工廠優(yōu)化和出產(chǎn)衍出產(chǎn)品工藝技術(shù)。TCAD選用晶體管的物理表征，并對(duì)晶體管的制造拼裝進(jìn)行了物理描繪。然后，一旦定義了物理結(jié)構(gòu)，就可以進(jìn)入設(shè)備仿照來(lái)分析功用?！八€可以確認(rèn)怎么批改制造進(jìn)程，以便可以完結(jié)我想要在我的產(chǎn)品中運(yùn)用的一些器件級(jí)或電路級(jí)特性，” Borges解說(shuō)說(shuō)，“這可以在任何晶圓被創(chuàng)建之前完結(jié)，而且可以顯著縮小我們需求探究的空間。然后，您或許需求進(jìn)行一些晶圓運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)驗(yàn)證仿真是否正確。這可以做得更快，因?yàn)橛性S多不合理的部分現(xiàn)已被消除了?！?/p>

競(jìng)賽格局

跟著我們遷移到finFET，數(shù)字電路再次遭到喜歡?！盀?nm的 finFET數(shù)字規(guī)劃PLL非常困難?！盕erry說(shuō)“仿照規(guī)劃很難。 finFET首要用于數(shù)字化。”

Miller證明：“FinFET對(duì)仿照來(lái)說(shuō)并不是很友愛(ài)。規(guī)劃人員僅限于少量設(shè)備規(guī)范，互連寄生效應(yīng)往往更難處理，而且還需求考慮更多與layout相關(guān)的效應(yīng)，有必要完結(jié)設(shè)備之間的良好匹配?！?/p>

跟著轎車成為半導(dǎo)體消費(fèi)大戶，未來(lái)或許會(huì)有好消息。 “經(jīng)過(guò)TCAD，工藝規(guī)劃公司可以了解它們關(guān)于PLLs和其他仿照部件的作業(yè)作用?！盕erry說(shuō)：“跟著芯片進(jìn)入轎車商場(chǎng)的仿照內(nèi)容越來(lái)越多，可靠性也越來(lái)越重要，因?yàn)樗鼈兊纳虉?chǎng)越來(lái)越大，所以我們會(huì)有更多的類型。 今天轎車規(guī)劃的芯片比五年前要多。 這使得他們值得投資更多的錢，以便獲得更多的生意。我們需求平衡這個(gè)郭晨，以滿意集成部件的數(shù)字和仿照需求?！?/p>

需求許多仿照芯片的芯片，包括傳感器、電源辦理、集成MEMS和成像運(yùn)用等組件，并不急于獲得數(shù)字支撐的最新節(jié)點(diǎn)。許多這些組件中需求與高電壓相互作用，對(duì)噪聲非常靈敏，并受益于規(guī)范邏輯進(jìn)程中無(wú)法獲得的特殊器件類型和阻隔技術(shù)。 Miller說(shuō)：“這導(dǎo)致了專門從事仿照才能的“超摩爾” 工藝節(jié)點(diǎn)的興起。這些技術(shù)是新的工藝風(fēng)格，但運(yùn)用于更大的特征規(guī)范（高達(dá)180nm！），而且支撐雙極晶體管、高壓DMOS器件（一些器件可以處理逾越100V！），以及埋井和其他阻隔戰(zhàn)略，容許高精準(zhǔn)仿照與喧嘩數(shù)字共存。 當(dāng)仿照是規(guī)劃的要害需求時(shí)，我們看到許多客戶挑選這些工藝?！?/p>

分出輸贏

現(xiàn)已開(kāi)發(fā)了規(guī)劃技術(shù)來(lái)幫忙仿照電路克服其間的一些問(wèn)題。比如包括后期校準(zhǔn)和仿照電路的數(shù)字輔佐，以動(dòng)態(tài)調(diào)整改動(dòng)。 這些不是免費(fèi)的。 數(shù)字補(bǔ)償?shù)囊粋€(gè)比如是流水線ADC。 這具有核算開(kāi)銷和數(shù)字的延遲，意味著補(bǔ)償比純仿照完結(jié)更慢，并增加了總功耗。

在技術(shù)節(jié)點(diǎn)上也或許有讓步的境地?！瓣P(guān)于混合信號(hào)規(guī)劃來(lái)說(shuō)，數(shù)字內(nèi)容巨大，但這不足以證明跳轉(zhuǎn)到finFET的合理性，我們看到許多針對(duì)65nm的規(guī)劃是一個(gè)不錯(cuò)的中心位置?！?Miller說(shuō)：“關(guān)于需求一些射頻功用的規(guī)劃，例如針對(duì)邊際設(shè)備商場(chǎng)的規(guī)劃，這一點(diǎn)特別如此?！?/p>

可靠性

老化模型（Aging models）現(xiàn)已基于數(shù)字電路開(kāi)發(fā)，而且在生命周期中，對(duì)仿照/ RF可靠性的注重不多。關(guān)于有必要確保產(chǎn)品壽數(shù)的轎車和醫(yī)療運(yùn)用來(lái)說(shuō)，這或許會(huì)成為一個(gè)更大的問(wèn)題。許多仿照電路依賴于匹配，這意味著假設(shè)兩個(gè)組件老化程度和方法不類似，則會(huì)發(fā)生其他問(wèn)題。這或許導(dǎo)致更頻繁的從頭校準(zhǔn)，也或許導(dǎo)致更雜亂的規(guī)劃。 假設(shè)器件無(wú)法從頭連接到測(cè)試儀進(jìn)行校準(zhǔn)，也或許意味著芯片或系統(tǒng)需求額定的雜亂性。

較小的幾何形狀具有更多的可變性。“因?yàn)槲覀兛梢砸栽S多的細(xì)節(jié)來(lái)仿照制造工藝，所以我們可以在制造工藝流程中注入可變性”，Borges說(shuō)：“跟著規(guī)劃的不斷擴(kuò)大，這一趨勢(shì)正變得越來(lái)越重要。一般，關(guān)于與數(shù)字相關(guān)的仿照運(yùn)用，如設(shè)備匹配來(lái)說(shuō)，這些作用變得更為重要。需求精心規(guī)劃的進(jìn)程來(lái)完結(jié)著一些功用?！?/p>

有必要留意，不需求對(duì)這些模型發(fā)生太多的絕望心境。“重要的是保持相關(guān)變異的來(lái)歷，因?yàn)閷?shí)際上，一些變異性來(lái)歷或許在某種程度上相互抵消?！彼f(shuō)。

定論

業(yè)界長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)數(shù)字化的注重現(xiàn)已導(dǎo)致仿照技術(shù)被盡或許地?cái)D出圈子，但仿照總是有必要的。今天，當(dāng)仿照內(nèi)容很重要是，關(guān)于這個(gè)問(wèn)題的答案是，留在較大的節(jié)點(diǎn)上，但是代工廠的額定盡力或許發(fā)生一些更好的折中方案，容許數(shù)字和仿照可以集成而不會(huì)有不公平的成見(jiàn)。轎車或許是推動(dòng)這一趨勢(shì)的職業(yè)。