2012年初，富士通半導體宣布交付其為中小型IC設計公司量身定制的55nm創新工藝制程（可兼容65nm IP、性能堪比40nm工藝），一度引發中國IC設計業的震動。而在日前于重慶舉辦的“中國集成電路設計業2012年會暨重慶集成電路跨越發展高峰論壇”上，富士通半導體又一次帶來驚喜，率先將已經量產的成熟28nm先進工藝和設計服務帶給中國高端SoC設計業者。
圖1：富士通在重慶ICCAD上展示了成熟的28nm和40nm設計服務及國內外實際量產案例，引發專業觀眾濃厚興趣。 “55nm創新工藝制程（CS250L和CS250S）推出后中國客戶的反饋非常好，這和我們當初推出時的定位策略有關，如55nm transistor不變，65nm IP可以重用等，這使得以前65nm客戶可以很容易導入55nm制程。現在已經有2至3家消費類電子的用戶在使用了，預計明年初將會有3個Tape out。” 富士通半導體ASIC/COT業務市場部副經理劉哲女士介紹說。 如果說高性價比的55nm創新工藝制程是為了一解處于激烈競爭中的本土中小客戶IC設計之“渴”，那么此次富士通半導體帶來的成熟已經量產的28nm半導體制造技術則是為幫助中國IC設計業應對高端先進制程SoC設計挑戰而生。 高端制程SoC設計的“N只攔路虎” 當半導體制程進入40nm工藝節點以后，成本成為高端SoC設計企業面臨的第一只“攔路虎”。如下圖2所示為32nm/28nm及22nm/20nm工藝制程投資的各項費用，其中32nm/28nm工藝的收支平衡（Breakeven）為30-40M units，而22nm/20nm工藝的Breakeven更高達60-100M units，這樣高的半導體制造成本不只掐住了中小IC業者的喉嚨，也成為高端SoC設計廠商的巨大壓力。再加上IP方面不菲的投資以及整合驗證，財務風險可謂巨大。
圖2. 32nm/28nm及22nm/20nm工藝的Breakeven情況。 雖然邁向尺寸更小的工藝節點實現了集成度和性能優勢，但是設計和制造的復雜度也相應成倍增加， 這成為高端SoC設計企業面臨的第二只“攔路虎”。劉哲分析道：“28nm使得一切都變得非常復雜：Double patterning、Layout-dependent effects、New interconnect layers、Difficult design rules、Device variation、New transistors等等。而曾經存在于半導體制造工藝中的諸如成本、產量、上市時間、盈利能力、可預測能力、低功耗（面積）、復雜性等各種問題現在也依然存在，不只存在，當工藝尺寸不斷縮小，還會使問題變得更加糟糕。” 此外，不要忘記：Multi-source IP、混合信號和RF、3D-IC方法、系統級封裝等這些新的設計方法也會使SoC設計面臨更多的挑戰。 已量產的28nm技術獨占鰲頭 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。針對不同時期不同的市場需求，該公司都有與之相適應的ASIC方案和設計服務。在本次ICCAD上，富士通半導體展示了其技術路線圖并重點展示了幫助中國高端SoC設計廠商克服上述40nm/28nm先進工藝制程設計挑戰的成熟技術和已量產實際案例。
圖3. 富士通半導體的高速及低功耗技術路線圖。 在世界范圍內，富士通半導體在40/28nm高端制程上的設計能力相比其他設計公司具有很大優勢，并且富士通半導體在28nm IP上也處于領先位置。 和TSMC的密切合作是富士通半導體在28nm上的優勢之一。“富士通半導體在TSMC的28nm工藝上的Tape out數量也是名列前茅的，這使我們在對工藝制程的管理、優化方面積累了大量經驗。”劉哲介紹說 例如剛開始的28nm工藝可能會有一些良率（yield）不穩定的問題，通過和TSMC的項目合作，富士通提高了量產的良率，包括穩定良率，在這方面取得了非常大的成果，這也是其若干客戶先進設計項目能夠量產的一個很重要因素。 “量產與否，在半導體設計和制造領域是有質的區別的。現在市場上宣稱有28nm項目的設計服務廠商不少，但真正擁有能夠進入量產的28nm設計經驗的可以說是寥寥無幾。而富士通半導體此次宣布的成熟已經量產的28nm創新工藝技術（CS450HP、CS450G、CS450LP）正是為了將先進的高端ASIC方案和設計服務帶給中國廠商，以填補國內市場在這個領域的空白。”劉哲表示。 IP的關鍵詞——廣泛性、高質量 不只在設計方面領先，在IP方面，富士通半導體也走在業界前列。富士通半導體提供種類齊全的完整IP系列，諸如USB、HDMI、PCIE、SATA、MIPI、ARM CPU、AD/DA等等，其經過驗證的28nm IP更是處于業內領先。以下3張圖比較全面地展示了富士通半導體的IP。
圖4. 富士通半導體領先的28nm IP引人注目。
圖5. 富士通半導體IP路線圖：Peripheral IP/Functional IP。
圖6. 富士通半導體IP路線圖：ARM Core。 富士通半導體的IP分為兩種，一種是富士通半導體自己開發的IP，另一種是從第三方購買的IP。在對IP的管理上，富士通半導體有它獨特的流程和方法，即IPV (IP Verification flow)，遵循這樣獨特的設計和驗證流程就可以保證打上富士通Logo的IP的質量。這樣就在客戶和第三方IP提供商之間又加了一道保險。 “舉個例子，富士通半導體和其他設計公司對IP設計要求的標準不同，我們驗證的corner會特別多，要求非常嚴格。這樣要pass這么多的corner，就一定要設計出非常有質量的IP才可以，這是和其他公司的不同。還有驗證平臺的成熟度，驗證的覆蓋率都是決定IP質量的關鍵因素，而富士通半導體本身又是一個IDM的公司，我們有自己的IC產品，對產品的嚴格質量管控是長久以來的傳統和立身之本。這也適用于我們的IP和我們為客戶定制的ASIC。”富士通半導體劉哲表示。 此外，富士通半導體經過嚴格評估和量產驗證的廣泛IP能夠省去客戶去和不同IP供應商談判的精力和時間。由于富士通半導體擁有眾多合作伙伴和非常大的客戶群，因此能夠拿到更具優勢的價格，這對資金壓力巨大的SoC設計廠商來講無疑非常重要。從芯片的風險角度講，一旦芯片出現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方案也會幫助節省客戶初期的IP 投入。 通信、消費、高性能計算領域的成功案例 事實勝于雄辯，劉哲通過3個典型的客戶案例展現了富士通半導體在高端工藝設計上的技術實力。這3個例子分別屬于三個不同的領域：通信、消費電子、高性能計算，并且均已實現量產。而這三個領域都是富士通半導體的傳統優勢領域。 富士通半導體是目前100G波分復用網絡的主要芯片設計方案提供者，是推動100G網絡商用的重要力量。劉哲舉第一個例子就是富士通半導體的一個基于標準CMOS技術，使用TSMC 40nm工藝的，世界上最快的56G〜65Gsps ADC IP。據悉，此IP為光網絡傳輸中100G波分復用網絡的核心，已被國內外領先光通信廠商所采用并量產，它的使用使得世界范圍內的100G傳送網比預期提前兩年實現商用。
圖7：世界上最快的56G〜65Gsps ADC IP。 特別值得一提的是獨特的金質底盤封裝（圖7）。之所以要采用這樣獨特的封裝，是因為類似這樣的通信網絡可能有億萬門的邏輯，不論是從設計規模還是功耗都很具有挑戰，所以不只對芯片本身的設計有要求，對芯片封裝的設計也有非常高的要求。金質底盤是富士通半導體特別針對高功耗的芯片而特別設計的，此金質底盤的Substrate有19層，這是業界非常領先的技術，也是富士通半導體所獨有的。 第二個例子是世界上第一個采用28nm HPL（高性能低功耗）工藝的LTE/3G/2G 基帶IC(用于手機) ，來自排世界TOP3位置的通信廠商。由于特別使用了富士通半導體開發的低功耗methodology，其動態功耗降低了30%。 此外，在設計方面，此基帶LSI還采用了富士通半導體的一系列IP，包括ARM11、DigRFV3、V4、HSIC、USB2.0等等。 第三個例子是更加典型的28nm應用，即今年中剛發布的富士通半導體與Oracle合作開發的第10代處理器——SPARC64 X多核多線程處理器，它含有16個內核，每核雙線程，在TSMC High Performance工藝上開發。面向服務器等高性能計算領域，處于世界領先地位。的，富士通半導體的SPARC CPU在國際上高性能計算領域很有代表性。
圖8.富士通半導體與Oracle合作開發的高性能處理器SPARC64 X。 “隨著中國設計能力的提升，這些目前還很先進的技術在國內的需求也逐步多起來，我們也看到了這種需求。所以透過此次ICCAD，富士通半導體通過展示這些有代表性的成功案例，希望可以和中國的潛在客戶進行交流，尋找合作的契機。” 富士通半導體亞太區研發部副總裁Vincent Shen表示。 系統方案節省客戶前期IP驗證時間 此次ICCAD，富士通半導體還帶來了富士通半導體的系統解決方案，包括ARM-SoC Platform和系統原型開發套件（System prototyping kit），也引發中國IC設計業界的熱情“圍觀”。如下圖9所示。
圖9. 富士通半導體系統方案。 富士通半導體系統原型開發套件可以對Cortex-A9平臺以及各種集成IP如CPU和外設進行評估；在ASIC開發的早期驗證期間對IP的質量和互操作性進行評估，包括：PCIe/SATA/USB3.0/GbE；CPU效能的評估：Cortex-A9、R4F、M3。還能提供S / W開發：樣品的Linux驅動程序和OS移植服務。 “以前客戶自己搭平臺驗證費時又耗力。現在有了這樣的平臺將會大大縮短SoC設計前期的驗證時間，包括客戶自己搭平臺的時間也節省了，對客戶非常有意義。并且富士通半導體還能針對不同客戶的需求提供額外定制服務。”富士通半導體相關負責人表示。 |
