臺積電釋放十大信號，對EDA、IP、IC設計和半導體設備商將產生怎樣的影響？

　　(6)N7和N7+的狀態

　　從N7節點的生產到N7+(4層EUV)產品的過渡正在有序進行。N7+的所有EDA參考流程已經完全驗證通過，并且PDK迭代到了v1.0。所有基礎IP都通過了硅驗證。IP開發人員的設計套件已經就緒，并且可以接受N7+的新流片。

　　與N7相比，N7+實現了1.18倍的面積優勢，這主要得益于更緊密的金屬間距，以及對單元之間的“通用多器件邊緣”(CPODE)隔離器件的標準單元模板支持。為了有效利用N7+對N7的密度增益，需要重新設計IP-臺積電提供布局遷移輔助工具來協助這種轉變。

　　值得注意的是，單元管腳形狀可以違反最小金屬區域光刻設計規則，管腳單元區域“修補”涉及的EDA需求可以被整合到物理實現流程中，這需要改變電遷移分析規則，同時，單元管腳形狀需要和貼片填充的模型一起被提取出來，用于信號的EM分析。

　　(5)N5工藝支持

　　臺積電技術開發副總裁CliffHou介紹了N5工藝節點支持計劃：

　　PDK迭代到了v0.5，IP設計仍在進行中;

　　臺積電基礎IP通過了硅驗證(比如標準單元、SRAM、eFuse);

　　v0.9PDK將于2018年11月推出。

　　N5標志著引入“全”EUV工藝(比如14個掩膜)，可實現對N7的1.86倍面積優勢。

　　讀者應該知道向EUV光刻的過渡面臨不少挑戰，比如光源功率、光源正常運行時間、曝光劑量的統計學變化、抗蝕劑靈敏度、掩膜空白缺陷密度和掩膜檢查、薄膜技術等。不過有趣的是，從N5資格認證計劃中看不出這些EUV挑戰對臺積電時間表的影響。

　　(4)N5獨特的EDA支持特性-第1部分：3：2節距比

　　N5中的metal1(垂直)間距與柵極(垂直)間距的比值為3：2，即3個metal1(M1)垂直軌道相當于2個柵極間距軌道。

　　此外，M1層需要完整的多重圖案顏色分配，這需要獨特的單元設計，并滿足特殊的單元放置限制和布線要求。正如Synopsys的一位發言人所指出的那樣，“現在4個中有1個是合格的-這個比例曾經是98%。”

　　單元庫需要包含電等效(EEQ)單元，以支持與整個間距網格的軌道/顏色/引腳形狀對齊。

　　一些演示稿給出了一些定制電路設計示例，需要增加使用堆疊性的n-高器件和串并聯的mXn器件。這些器件陣列的布局需要遵守上面提到的間距和顏色分配限制。

　　(3)N5獨特的EDA支持特性-第2部分：跨行Vt規則

　　單元庫一般包含多種變體，邏輯上等同的單元變體可以使用不同的Vt選擇。為了實現功耗/性能的優化，可以更換不同的單元，只需對行內單元間的Vt選擇做出少許限制。

　　N5引入了復雜的“跨行”Vt規則，在EDA上體現為：APR工具、功耗/性能優化、填充插入和(特別是)ECO流程。

　　由于“上下文敏感”的器件漏電-單元內的器件泄露電流取決于臨近單元的Vt類型，跨行Vt規則需要更加嚴謹。這意味著特征化流程的重大變化。單元特征化需要利用多個布局上臨近的單元進行精確的泄露建模。泄露“side文件”模型將通過特征化流程生成，在功耗優化階段讀取，以選擇對應于實際物理布局的特定上下文模型。

　　(2)N5獨特的設計特征-第3部分：P/G設計

　　N5節點的標準單元模板電源接地(P/G)網絡設計和之前的節點又很大不同，它需要更高密度的M1軌(增加30%)，相應地也需要更多通孔。

　　需要注意的是，密度更高的M1P/G網絡也會影響單元布局，因為管腳形狀會被P/G網絡阻擋。

　　此外，為了幫助緩解N5工藝中由于更高電阻率導致的電源分配網絡動態電壓降(DvD)問題，并幫助解決由于更高金屬電流密度引起的功率因數問題，臺積電推出了一種“超高密度”的金屬-絕緣體-金屬(MIM)電容元件，以改善PDN去耦。插入這些新的MIM帽會在APR中引入復雜的布線規則，并需要新的寄生提取(和LVS)工具功能。

　　(1)N5獨特的EDA支持特性-第4部分：超低電壓(ULV)延遲建模精度

　　之前，反映統計過程變化的單元弧延遲模型會假定一個對稱的高斯分布(眾數=中位數=數學期望)，應用統計靜態時序分析方法來收斂時序并確保在“n-sigma”處的穩健電路性能。現在，越來越多的先進工藝節點引入了非對稱延遲分布，特別是當VDD供電比設計Vt下降地更快時(因此(VDD-Vt)過驅)。

　　所以引入了“第二代”單元特征變化格式，以支持分布峰(眾數)兩側快速和慢速延遲時的獨特西格瑪。

　　在N5節點上，統計性延遲分布(在低VDD下)甚至更加陡峭，因此需要對單元延遲變化格式進行進一步更新，尋找新的特征和自由變化模式模型，以反映分布中的附加時刻-即數學期望、西格瑪和“斜率”。EDASSTA工具需要增強，以支持這種新的庫模型。

　　額外的器件老化也可能在意外的電路條件下出現。

　　德州儀器在OIP論壇上的演講中指出，設計人員需要關注器件老化機制(比如HCI/BTI)，以及由此產生的對電路性能和EM健壯性的影響。這個演講主要針對的是基于臺積電16FFC工藝的汽車器件市場，但是其中描述的新型模型-應力-老化模擬流程(具有自加熱加速)也適用于任何基于老化的分析。

　　有一個評論引起了我的注意，“選擇和老化相關的壓力測試條件可能極具欺騙性。最初，我們主要專注于評估含有高速開關活動測試用例的最壞性能路徑。但是，性能最壞和最壞情況下的老化并不等同。由靜態DC偏置或開關瞬變導致的器件飽和與熱載流子注入密切相關。但是，處于靜止亞Vt條件下的器件-特別是在斷電期間-同樣會受到高應力環境的影響。一個堆疊器件中的下電器件也可能長時間暴露在高Vds下。我們發現非導電應力導致的類HCI老化可能是電路參數漂移的重要原因。設計師需要一定的洞察力識別這些情況，以建立老化模擬測試用例，這可能需要和性能模擬測試分開獨立開發。”

　　這個建議不錯。

　　總結

　　臺積電OIP論壇透露的關鍵信息是N7+和N5工藝節點的進展迅速，而且EUV的引入也不存在太多技術障礙。N5具有全新的物理和電氣特性，可能會影響單元設計、APR和單元特征化。

　　可靠性和老化流程在所有細分市場中將變得越來越重要。

　　臺積電將繼續和客戶緊密合作，共同開發先進的封裝技術。

　　這些進展都很迅速，這完全得益于臺積電OIP和EDA合作伙伴、IP開發商的合作模式。