2014年底可望看到FinFET架构芯片?

摘要：  在新思科技(Synopsys)于美国硅谷举行年度使用者大会上，参与一场座谈会的产业专家表示，鳍式电晶体(FinFET)虽有发展潜力，但也有风险，而且该技术的最佳时机尚未达到。

关键字：  处理器，电晶体，芯片

在新思科技(Synopsys)于美国硅谷举行年度使用者大会上，参与一场座谈会的产业专家表示，鳍式电晶体(FinFET)虽有发展潜力，但也有风险，而且该技术的最佳时机尚未达到。

来自晶圆代工业者Globalfoundries 的技术主管指出，该种3D电晶体架构将在14纳米制程节点带来性能的提升，功耗也会比目前28纳米制程降低60%;不过也有其他与会专家指出，该种电晶体架构因为电容增加，使得一些设计上的老问题更加严重，同时带来新挑战。

处理器设计业者Cavium Networks的IC工程副总裁Anil Jain表示，与目前的28纳米制程相较，FinFET每微米(micron)闸极电容(gate capacitance)增加了66%的电容，回到与过去130纳米节点平面电晶体架构的水准;他补充指出，电容会让高阶芯片的性能提升与动态功率微缩 (dynamic power scaling)受限。

“我们拥有这些美丽的(3D)电晶体，但我们无法让它们跑太远，”Jain指出，“动态功率会失控。”此外，他也表示，“我们这些设计高性能元件的人，还没看到核心电压(core voltage)微缩方面有太多改善。”

Jain呼吁EDA供应商提供在控制交换功率与隔离电磁缺陷(isolating electromagnetic faults)方面表现更好的设计工具，“FinFET并非容易转换的技术，直到成功的那天我们都得为此付出代价，所以拜托不要让我们倾家荡产。”

高通(Qualcomm)芯片设计部门工程副总裁Michael Campbell则表示，不同晶圆代工厂的FinFET架构，“很类似，但并非完全一样。你只能在特定的方向蚀刻，而且蚀刻工具是共用的──这些是它们有相似性的原因──但各家晶圆代工厂其实在空间壁(spatial walls)与扩散(diffusion)方面用的技巧不同。”

Campbell指出，从英特尔(Intell)的22纳米FinFET 图片可以看到不规则的锥状壁(tapered wall)，那可能会冲击平面电晶体的缺陷模型，这需要新的测试技术以及非常密切的合作伙伴关系，才能完成适当的可测试设计。

而Campbell表示，在EDA领域，新思的Yield Explorer是很不错的工具，但仍是锁定平面电晶体架构──该公司需要推出针对3D电晶体架构的工具。他指出，无论是新思或其他EDA供应商的设计工具，都严重缺乏将简易的ATE图形压缩的方案，以供向后查找缺陷。

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2014年底可望看到FinFET架构芯片?

如果以上的问题能获得解决，Jain与Campbell都预期会在2014年底看到一些首批14纳米FinFET芯片问世。

“我会说该制程技术已经接近准备就绪，但设计流程还在开发阶段。”Campbell表示，“目前我们已经打造出2，000万闸的(14纳米FinFET)测试芯片，但未来商用产品将会达到20亿闸。”他的说法为该技术的未来发展提供了一些评量参考。

新思IP核心业务总经理Joachim Kunkel则从另一种角度提供了FinFET技术迄今进展的概要，他的部门在2012年4月完成20纳米测试芯片投片，采用双重图形(double patterning)，展现可运作的MIPI、PCI Express与USB等介面功能;接下来的14纳米芯片会是功能比较简单的元件，主要锁定记忆体功能，不过还未出厂。

“FinFET的设计参数跟平面电晶体大不相同。”Kunkel指出，“目前各家晶圆代工厂FinFET制程之间的差异性很明显，让我们每次(进行IP开发)时都得重头开始;而且大多数FinFET制程与设计工具仍在开发阶段，也让该工作加重。”

高通的Campell补充，FinFET会让你需要彻底重新评估元件架构──包括区分元件以及最佳化的方法──这是一大改变。无论如何，如 Globalfoundries设计解决方案副总裁Subramani Kengeri所言“整个产业界正在尝试达成第一代FinFET元件的及时量产(time to volume)。”

Kengeri 指出，为了赶上已经量产22纳米FinFET制程的英特尔，晶圆代工业者已经同意采取两个步骤：一是因应20纳米节点采用193纳米微影、双重图形技术的需求，二是在仍采用20纳米制作“后段(back end)”互连导线的制程节点，将14纳米FinFET加入“前段(front end)”制程运用的元件。

三星(Samsung)逻辑元件基础架构设计中心资深副总裁Kyu-Myung Choi重申，该公司已经承诺在2013年底将让“风险量产(risk production)”用的14纳米FinFET制程准备就绪;而Choi与Kengeri都表示，目前14纳米节点的良率以及性能表现都合乎预期。