關(guān)于AI背景下的on-chip ESD (靜電保護(hù)）需求分析和應(yīng)用

在政策的大力推動(dòng)下，人工智能產(chǎn)業(yè)正步入加速發(fā)展期，并給軟硬件產(chǎn)品帶來(lái)新發(fā)展機(jī)遇。人工智能領(lǐng)域的獨(dú)角獸企業(yè)寒武紀(jì)，地平線、深鑒科技等人工智能芯片企業(yè)，均致力于開(kāi)發(fā)AI處理器、建立AI開(kāi)發(fā)平臺(tái)，并積極推出新產(chǎn)品和新應(yīng)用。 按照研究機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)，在將來(lái)的幾年里，人工智能領(lǐng)域?qū)⒂瓉?lái)前所未有的大布局和大繁榮。

從人工智能的半導(dǎo)體項(xiàng)目來(lái)看有明顯的幾個(gè)特征：

1. 基本上是大玩家在參與（如google,百度等)，有少許初創(chuàng)企業(yè)

2. 投資巨大 ，背后有大的基金或者投資機(jī)構(gòu)支持

3. 產(chǎn)品應(yīng)用這塊，高功率比如服務(wù)器，低功率比如移動(dòng)平臺(tái)

從設(shè)計(jì)和工藝來(lái)看基本上有以下特征：

1. 基本上使用最先進(jìn)的半導(dǎo)體工藝，比如16nm, 7nm FinFET等

2. 新的處理器架構(gòu)

3. 大的裸片和封裝

4. 非常多的界面

5. 需要高速傳輸界面來(lái)傳輸大數(shù)據(jù)

6. 寬的功率譜

7. 芯片非常昂貴 （前期投入加上量產(chǎn)不夠）

在這種背景下，我們仔細(xì)看一下傳統(tǒng)的on-chip ESD是否符合AI 芯片的需求，特別是半導(dǎo)體廠的現(xiàn)有解決方案是否存在局限和新的挑戰(zhàn)。

1. 先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)（FinFET) 非常容易產(chǎn)生ESD保護(hù)失敗

a. 核心器件和IO 器件經(jīng)不起snapback

b. 核心器件容易遭受瞬態(tài)氧化物擊穿（Transient oxide Breakdown)

2. 最高的瞬態(tài)電壓對(duì)于核心器件不能超過(guò)3V

3. 沒(méi)辦法使用自我保護(hù)NMOS/PMOS驅(qū)動(dòng)

4. RC-big FET 引入非常大的漏電

5. 金屬鏈接非常單薄，缺乏穩(wěn)定性

為了解決上述的困境，專注于on-chip ESD 解決方案的sofics 提出了自己的解決方案使上面的各種問(wèn)題迎刃而解。關(guān)鍵在和客戶的項(xiàng)目合作中，獲得了很多寶貴的經(jīng)驗(yàn), 比如已經(jīng)結(jié)束的5個(gè)16nm FinFET 項(xiàng)目，1個(gè) 12nm FinFET 項(xiàng)目，和目前在進(jìn)行的 7nm FinFET 項(xiàng)目等。 這些項(xiàng)目主要用于人工智能，人機(jī)學(xué)習(xí)，硅光電，高速傳輸?shù)葢?yīng)用。

上面也談到，人工智能需要大數(shù)據(jù)和高速傳輸，設(shè)計(jì)人員也非常清楚，高速電路不能容忍高寄生電容，因此在這個(gè)方面，Sofics 的解決方案也實(shí)現(xiàn)了：

在PAD中不引入ESD電路的電阻

實(shí)現(xiàn)超低寄生電容，比如10-20fF

在模擬電路中實(shí)現(xiàn)更低工作電壓，低于標(biāo)準(zhǔn)IO水平

ESD是一個(gè)比較特殊的方向，在芯片沒(méi)有出來(lái)之前預(yù)期不了真正的性能，所以直接使用硅片驗(yàn)證過(guò)(Si-Proven) 的ESD解決方案尤其重要，這樣一來(lái)，充分減少了芯片ESD失敗的風(fēng)險(xiǎn)（導(dǎo)致芯片開(kāi)發(fā)周期延長(zhǎng)，失去市場(chǎng)），同時(shí)Sofics的解決方案可能幫助客戶在高端的工藝節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)增加ESD性能外，還能減少ESD面積，使芯片費(fèi)用減少，更有競(jìng)爭(zhēng)力。

Sofics 的on-chip ESD 覆蓋目前主流工藝，應(yīng)用也非常廣泛，除了上面的人工智能，硅光電，高速電路外，汽車電子，物聯(lián)網(wǎng)，SOI，防輻射，醫(yī)療等應(yīng)用，都有我們的身影，對(duì)IO有特殊需求的，我們也可以私人定制。作為深耕on-chip ESD 領(lǐng)域近20年的公司，希望和國(guó)內(nèi)的AI 公司以及其他領(lǐng)域的設(shè)計(jì)公司，半導(dǎo)體廠深度合作。