半导体的传统指标在最先进的设计中变得越来越没有意义。装入一平方厘米的晶体管数量只有在它们可以被利用的情况下才重要，如果不能为所有晶体管提供足够的功率，每瓦的性能就无关紧要了。整个芯片行业的共识是，每个新工艺节点的每个晶体管的成本都在上升，但需要考虑的变量太多，没有人能确定具体是多少，甚至在所有情况下都是如此。随着设计越来越针对特定领域进行定制，直接比较几乎是不可能的。虽然晶体管密度继续增加，但它不再在每个新节点上翻倍。即使在冗余比例很高的大规模并行设计中，通过缩小功能获得的至少一些空间也用于更粗的线路，以防止关键数据路径中的过热、控制器逻辑或某些可能的特殊功能仅适用于单个应用程序或特定用例。英特尔副总裁兼产品和设计生态系统支持总经理 Rahul Goyal 表示：“这一切都取决于定制工作负载和定制芯片，以及我们将如何设计它们并针对特定应用对其进行验证。” “这是一种更针对特定应用的模型，因为它太贵了，无法满足所有人的需求，并且要为每个应用提供完美的、经过充分验证的芯片。你真的必须回到用例范式。”图 1：特定领域架构的兴起。资料来源：AMD/热芯片 34每个设计都有独特的约束，更高级的设计通常有更多的约束。例如，在 5nm 或 3nm 芯片中，仅仅为数十亿个紧密封装的晶体管供电是很困难的。并且根据架构和布局，热密度可能太高而无法同时使用它们。但它们可以根据需要动态打开和关闭，这种方法可以防止过热并延长芯片的预期寿命。或者，可以在芯片背面布线以缓解一些拥塞。这增加了制造和包装的复杂性以及成本。但是选择最好的方法取决于应用程序，而传统的指标没有帮助。台积电业务发展副总裁 Kevin Zhang 表示：“背面供电已经进行了相当长的一段时间。” “问题仍然是复杂性和收益之间的权衡。我们认为 2nm 可能是合适的集成点。您必须以某种方式将其翻转以处理另一侧，有时您必须减薄晶圆以从另一侧建立连接。因此存在机械挑战，也存在热挑战。”简而言之，芯片设计正在成为一系列复杂的权衡和实验，一个尺寸不再适合所有人。它需要在设计流程的早期进行更多的规划和实验，在验证和调试阶段进行更多的模拟、仿真和原型设计，并在制造过程中将更多的时间花在各种工艺上——测试、计量、检查、蚀刻和沉积，通常使用多个相同（或相同类型）设备的插入点。即使将完全相同的设计迁移到下一个工艺节点，也需要在每个级别进行更多的工程设计，以及更多的工艺步骤。并且根据不同市场中芯片的预期寿命，需要在系统的背景下随着时间的推移查看成本，而不是使用基于晶体管数量、每瓦性能、功耗、交付和由此产生的热效应是普遍关注的问题，它们影响从设计到制造流程的每一步，从平面规划到材料。“当您必须为较低的后端层供电时，事情会变得更加困难，因为您的线路非常细，并且您必须从分布良好的均匀电网过渡到电路的极其特定部分，”副总裁 David Fried 说Lam Research的计算产品。“这是我们开始看到很多挑战的地方。由于我们在过去 20 年中了解了铜后端中的电迁移、应力迁移和 TDDB（时间相关介质击穿），我们在 M0 和 M1 中创建了相对较厚的衬垫，以便铜可以成功使用用于配电。归根结底，随着您的生产线缩小，您最终会在这些较低的后端生产线中使用更多的衬垫和更少的铜。这些线现在主要是衬里，这些衬里的阻力要高得多。我们开始看到无衬垫方法的引入，包括超薄衬垫或使用不同金属的薄屏障。”十多年来，芯片制造商已经看到了这种转变。英特尔于 2013 年获得了钴互连及其制造方法的专利。从那时起，钴已被用于从触点和互连到沟槽衬垫的所有领域，代工厂和大学正在进行更多的实验，以帮助处理与动态功率密度增加和静态电流泄漏相关的热量。“互连变得越来越重要，”台积电的张说。“有创新的方法，包括新材料。如果您考虑铜线，则大部分电阻实际上来自阻挡层。可以降低阻挡层电阻的新材料非常非常重要。我们的研发团队正在积极探索诸如低k材料和气隙之类的东西，以进一步减少寄生效应。”在制造过程中很少引入新材料，因为它们需要在大批量制造中得到一致部署和验证，通常与其他工艺结合使用。工艺工程师仍然对他们在 2000 年遇到的困难感到畏缩，当时他们在 130nm 用铜代替铝互连。做出这些改变一定有很好的理由，而探索是一个持续的过程。“钴具有比铜更高的体电阻，但由于您可以使用更薄的衬垫，您可以将更多的钴放入插头或线路中，”弗里德解释说。“因此，即使钴具有更高的体积电阻，您可以将更多的钴加入生产线这一事实总体上会降低线路或插头的电阻。您将看到一些新金属的使用，例如钼，它开始被更频繁地使用。不幸的是，这并不是说我们要用其他金属代替铜那么简单。芯片上有特定的插入点，材料的成本——以及材料的集成——在电路效益方面是合理的。”
这些理由的定义越来越狭隘。在性能规模的高端，最大的数据中心由谷歌、亚马逊、Meta、百度和阿里巴巴等公司运营，这些公司现在都设计自己的处理器来处理内部开发的算法。在 PC 和智能手机市场，Apple 设计了与软件紧密集成的处理器，与以前的现成芯片设计相比，它大大延长了电池寿命。MacBook 电池在两次充电之间持续 20 小时或更长时间并不罕见，而过去是 5 小时。但这些指标对每家公司都是独一无二的，设计和测试这些复杂芯片所需的成本不再孤立地看待。处理器现在被认为是更大系统的战略部分，它们可能包括各种组件，从 CPU 和 GPU 到 NPU。并非所有这些都需要在 5nm 或 3nm 上开发，也不是所有这些都需要一直使用或用于关键功能。图 2：随着时间的推移有效计算的不同指标。资料来源：特斯拉/Hot Chips 34尽管如此，它们都需要按预期工作，并且传统上以产量来衡量。但是有一些方法可以在不生产完美芯片的情况下保持良率。可能有足够的冗余来抵消错误，或者有足够的弹性来允许它在规范内运行。因此，传统上可能被认为是糟糕的芯片可能仍然足够好。“没有什么是完美的，”imec 3D 系统集成项目高级研究员兼主任 Eric Beyne 说。“有一定程度的故障可以通过某些测试，这不一定是戏剧性的，因为您稍后会在功能测试中发现它们。所以有“足够好”的测试。并且可以存在冗余，例如总线接口，它们可以具有用于错误编码的冗余线路。当然，这是以延迟和复杂性为代价的。你可以将你的接口设计成容错的，但在某种程度上你会付出代价。这就是这里的重大权衡。要么是成本，要么一切都如你所愿地完美运行。”这并不意味着不适合一种应用的芯片也不能在其他地方使用。“某些市场将需要不同的兼容性门槛，” Onto Innovation软件产品管理总监 Mike McIntyre 说. “人们多年来一直在构建内存立方体，而那个内存立方体具有一定的性能阈值。但是该性能阈值是由该堆栈中最低的芯片性能设定的。因此，如果您在该堆栈中拥有所有高速内存，它将是一个高速等效的芯片堆栈。但是如果你把一个低速内存芯片放在那里，整个堆栈就会受到那个芯片的性能的限制。这也发生在系统级别。您是否有进入高性能市场的系统的优质芯片？或者您是否有可以投入一般市场的鲜为人知的芯片质量？因此，它可能是服务器、笔记本电脑和其他一些实用计算系统。”
“某些技术适用于某些解决方案或某些问题，”imec 的 Beyne 说。“并不是说他们会无所事事。对于像扇入、扇出和系统级封装这样的东西，有一整套有用的技术。这实际上取决于您要解决的问题。如果您考虑手机中的射频模块，那些所谓的芯片可能是一个封装中的 50 个不同组件的集合，但这些组件相对而言很少有连接。所以互连密度低。你不能对 AI 内存逻辑分区做同样的事情，这是非常不同的。”然而，越来越明显的是，芯片行业的大部分活动并没有发生在前沿节点上，这些指标提供了关于晶体管数量或自动功率、性能和面积/成本优势的吹嘘权利。具有讽刺意味的是，对指标的大多数担忧都发生在更成熟的节点上，尤其是小芯片和先进封装，以及可能适用于汽车等应用的芯片。在包装方面，有很多可能的组合，以至于指标变成了分布和概率，而不是固定的数字。Brewer Science首席开发官 Kim Arnold 表示：“先进的包装不仅可以灵活地打开和关闭事物以使它们融合在一起，而且还可以设计不同的方式使事物融合在一起。” “我们的空间将会发生很多变化。现在的问题是，在所有可能的途径中，哪些将成为赢家，哪些将成为利基市场。”今天很难确定这一点，因为全面的活动如此之多。边缘的构建以及所有将利用边缘计算的设备——汽车、工业设备、物联网设备、智能手机——正在为每个人创造足够的工作，从前沿到成熟的节点。这在联华电子与分析师的第二季度财报电话会议中很明显。“我们相信 28 和 22 [nm] 将是持久的节点，并得到非常多样化的产品组合基础的支持，”联电首席财务官 Qi Don Liu 表示。“在未来几年，我们预计 28 和 22 的需求将保持强劲，这将受到 Wi-Fi 6、6E、GPON（千兆无源光网络）领域的网络以及 OLED 驱动器应用等应用的推动。”因此，虽然联华电子仍计划在其产品中添加 finFET，但这并不是当务之急。“我们将继续在 finFET 上取得进展，但从容量部署的角度来看，目前与其他节点相比，它的优先级确实较低，”联电总裁 Jason Wang 说。“我们仍在路线图上放置 14 个，但短期内还没有大规模的容量部署计划。”这种方法在 GlobalFoundries 得到了回应，它专注于成熟节点的独特实现，而不是在设计少得多的最先进节点上将其扼杀。GlobalFoundries 技术、工程和质量高级副总裁 Gregg Bartlett 说：“特别是设计套件是我们的差异化领域。“因此，即使我们的竞争对手拥有完全相同的晶体管性能，我们也可以通过 PDK 获得更好的产品，因为我们已经与 EDA 公司集成了功能，或者我们已经使用为我们制造更好产品的元素模拟了硅。作为一个硅或材料的人，我总是想根据晶体管性能、更好的驱动电流、更低的泄漏、更高的温度兼容性来区分技术。但越来越多，这是关于设计背景或设计意图。我们投入了大量的 PDK 工作，致力于确保我们客户所需的 EDA 工具能够为他们的设计提供信息。”最后，可以使用小芯片混合和匹配几乎所有东西。这意味着可以在 3nm 甚至更小的尺寸上创建一个小型逻辑元件，并使用一些现成的或定制的互连方案与同一封装中的 180nm 小芯片集成。这里的优势是三维。这可用于降低各种类型的噪声、改善散热和提高良率，这通常会随着芯片物理尺寸的减小而增加。这甚至允许在某些组件中实现更高的密度，这在过去由于掩模光刻的限制是站不住脚的。“曲线 ILT能够实现比传统OPC更好的工艺窗口，传统 OPC仅限于曼哈顿 (45°) 形状，” D2S首席执行官 Aki Fujimura 说。“面具形状曾经受到限制，实际上是曼哈顿形状，因为面具是用 VSB（可变形状电子束）写入器编写的。每个技术节点都变得越来越难，即使是 EUV，也越来越难以使晶圆形状在制造变化中尽可能统一。大约 20 年来，通过在面罩上使用曲线形状可以实现最佳均匀性，这一点已经确立。”
虽然芯片制造商和系统公司仍需证明其指标的合理性，但真正的价值要复杂得多，而且要针对特定领域。I/O 的速度对于拖拉机上的传感器可能无关紧要，但对于与基础设施或附近汽车连接的汽车中的芯片可能至关重要。同样，处理速度在用于手机内流式传输视频的芯片中可能不太相关，但它们对于检测高超音速导弹的航向至关重要。这引发了消费者在未来将如何区分设备的问题，并为系统公司如何将各个部分组合在一起的一系列可能选项打开了大门。但至少在短期内，可能会有更多的混乱。过去 50 年来一直定义芯片架构的指标变得越来越不相关，而真正重要的指标可能过于复杂而无法解释。
关键字：芯片 半导体
引用地址：
如何比较芯片
推荐阅读最新更新时间：2024-11-07 15:32
英飞凌推出第三代单芯片手机产品X-GOLD 113与X-GOLD 213
英飞凌(Infineon)通过推出第三代单芯片产品X-GOLD 113与X-GOLD 213，使低成本手机能实现拍照、上网和音频娱乐等高端功能。与传统解决方案相比，这些功能的集成可使客户将制造成本降低40%。全新芯片现已开始提供样品，并且成功进行了实际应用。 根据市场调查结果，全球66亿人口大约有一半的人未曾用过电话，更不用说使用数码相机或MP3播放器。英飞凌推出的X-GOLD 113和X-GOLD 213芯片，为这一目标群体以低廉的价格使用移动设备铺平了道路。作为完整移动平台的一部分，该解决方案使价格敏感型市场获得了以往只在高端市场提供的多种功能。没有个人电脑的用户现在在需要时，也可通过手机访问互联网，包括新闻报道、天
[手机便携]
2013年全球半导体元件销售额或超3000亿美元
导语：《福布斯》网站8月25日发表卡尔·约翰逊(Carl Johnson)的评论文章，称一些机构早在1990年代中期就预测IC销售额到2013年将超过3000亿美元。现在EelctroIQ发布了最新的预期，认为最强劲的IC增长领域将来自汽车芯片需求。 以下为文章全文： EelctroIQ发布了最新的半导体元件(IC)销售额预测，而早在1990年代中期，半导体行业就流传着类似的预测。该机构最新预计，IC销售额在2013年将超过3000亿美元。在1995年，IC市场销售额首次超过1000亿美元，到2005年达到2000亿美元。IC销售额从1000亿美元到2000亿美元花费了10年的时间，而从2000亿美元到3000亿
[半导体设计/制造]
飞兆半导体汽车栅极驱动器IC
汽车应用工程师面临提供具有更高效率、更大驱动电流和更强抗噪能力的逆变器的设计挑战，尤其是在混合动力汽车(HEV)和电动汽车(EV)领域。为了帮助设计人员应对这些挑战，全球领先的高性能功率和便携产品供应商飞兆半导体公司(Fairchild Semiconductor)开发出大电流高侧栅极驱动器IC产品FAN7171和大电流高侧与低侧栅极驱动器IC产品FAN7190。 FAN7171和FAN7190是飞兆半导体汽车高压IC(HVIC)栅极驱动器系列的成员，适合电动与混合动力DC-DC电源和功率逆变器、柴油和汽油喷射器及阀门，以及MOSFET和IGBT高侧驱动器应用。 FAN7171和FAN7190 HVIC器件提供了集成式逆变
[汽车电子]
台湾半导体产业镜鉴：台积电制程2021年超越英特尔？
有“中国半导体教父”之称的张汝京又有了新职务。 5月4日，有行业资讯网站展示出一份文件。该文件显示，张汝京已于5月3日正式被聘任为青岛大学微纳技术学院终身名誉院长。 此前就有报道称，张汝京在积极筹备第三次创业的同时，还在计划与青岛大学合办“微纳科技技术学院”，为集成电路产业培养和输送人才。如今，传闻成真。 张汝京于1977年加入当时全球最大的半导体厂商德州仪器时，其老板就是后来有“台湾半导体教父”之称的张忠谋。1985年，应台湾当局邀请，张忠谋辞去德州仪器副总裁的工作，返回台湾出任工研院负责人，并在1987年创办了台湾积体电路制造公司（TSMC，简称台积电）。 随着台湾半导体产业的崛起，台积电也成长为全球半
[手机便携]
华为麒麟970到底是不是真正的AI芯片？
智东西文 | Lina漠影 华为这周末搞了件不大不小的事——发布了“世界首款手机AI芯片”麒麟970——各位科技媒体小编都辛苦了，大周六晚上的不是飞去德国跑会就是在电脑前蹲直播，连约会都要改期，好气哦。 咳，言归正传。 （华为官方推特介绍，“世界上第一款搭载NPU的AI芯片”） 华为为了抢这个“世界第一”着实花了不少心思，作为一个以“自研”为骄傲的企业，本次麒麟970上不仅使用的是别家的（寒武纪的）神经网络处理单元（NPU），智东西还独家获悉到，麒麟970在物体识别方面的一整套嵌入式AI解决方案（从算法＋Camera Tuning）都来自中科创达。 此外，据业内人士透露，寒武纪的AI架构在麒麟970上实现的梳理也并
[手机便携]
逐点半导体视觉处理技术助力荣耀及一加旗舰机迎来显示性能全面爆发
经DXOMARK认证的色准表现，让细节尽显的HDR超清画质，为100+游戏实现 全面120帧的高帧体验，多维度出击满足不同场景的严苛显示需求 中国上海，2023年4月26日—— 专业的创新视频和显示处理解决方案提供商逐点半导体今日宣布，在第一季度发布的手机产品中，逐点半导体的视觉显示方案被应用于多款旗舰机，包括荣耀Magic5系列中的荣耀Magic5 Pro以及荣耀Magic5至臻版、一加11以及一加Ace2智能手机。 根据不同产品的市场定位，逐点半导体与手机厂商通力合作，用先进的技术方案为用户打造各富特色的影像和游戏体验，获得了超预期的市场表现。 荣耀Magic5 Pro智能手机凭借优秀的屏幕素质，此次在DXOMARK
[半导体设计/制造]
FSA“变身”全球半导体联盟，SIA面临新“对手”？
全球IC设计与委外代工协会(FSA)已获得全球供应链的真谛。这个成立于1994年的行业组织，旨在促进无晶圆厂的商业模式。它将宣布更名为“全球半导体联盟(GSA)”。据FSA执行理事Jodi Shelton，此举反映出该组织已经发生的变化。他将在GSA中继续担任原来的职务。“更名实际上是为了符合我们四年来的作为，”她表示，“我们代表完整的供应链。” 这不禁提出这样一个问题，即GSA是否会使半导体产业协会(SIA)黯然失色。 SIA实质上是一个美国组织。当初“半导体产业”与“硅谷”实际上是同意词，SIA在许多问题上可以代表整个产业说话。现在，它专注于收集和分发全球芯片销售额统计数据。但在一个日益由一个东－西轴线驱动的产业之中，SI
[焦点新闻]
贸泽电子联手安森美半导体推出全新资源网站
贸泽电子联手安森美半导体推出全新资源网站，探索高功率电源转换策略与解决方案 2021年7月27日 –专注于引入新品并提供海量库存的电子元器件分销商贸泽电子 (Mouser Electronics)联手致力于推动能源效率创新的知名半导体解决方案供应商安森美半导体，共同推出专门介绍超高密度电源转换解决方案的全新资源平台。 电源转换、充电和电源管理是电动汽车、5G电信网络和太阳能逆变器等下一代技术不可或缺的功能。贸泽联手安森美半导体打造的全新高功率电源转换资源网站为用户提供了一站式资源，包括开发可靠电源转换解决方案所需的深入见解、学习视频和产品信息。该平台涵盖了20多篇文章、视频和产品链接，为高性能汽车和电源应用提供了全面
[电源管理]
传感器原理及应用 (颜鑫)
控制系统计算机辅助设计 — MATLAB语言与应用
京公网安备 11010802033920号