半導(dǎo)體制程技術(shù)持續(xù)精進(jìn)，隨之而來(lái)的制程偏移(ProcessVariation)及小尺寸效應(yīng)，恐導(dǎo)致設(shè)計(jì)結(jié)果的不確定性，因此如何建立完善的統(tǒng)計(jì)模型(StatisticalModel)，同時(shí)在ICDesign的階段能夠正確地應(yīng)用統(tǒng)計(jì)模型，并且可以進(jìn)行快速準(zhǔn)確的良率分析，有效避免電路性能與良率(Yield)遭受影響，可謂當(dāng)前重大課題。

回顧2012年6月落幕的DesignAutomationConference(DAC)2012大會(huì)，個(gè)中最大亮點(diǎn)，無(wú)疑正是ProPlus領(lǐng)先EDA業(yè)界推出的「整合良率導(dǎo)向設(shè)計(jì)(DesignforYield；DFY)」解決方案－NanoYield；時(shí)值晶圓制造或芯片設(shè)計(jì)業(yè)者，皆為制程偏移及后續(xù)良率問(wèn)題不堪其擾之際，此一革命性方案的問(wèn)世，自然意義重大。

說(shuō)起ProPlus，半導(dǎo)體業(yè)界其實(shí)不陌生，只因該公司是極少數(shù)聚焦組件模型(DeviceModeling)開(kāi)發(fā)的EDA供貨商，其縱橫市場(chǎng)長(zhǎng)達(dá)18年的BSIMProPlus，一直享有頗高占有率。然近年來(lái)半導(dǎo)體制程節(jié)點(diǎn)不斷演進(jìn)，電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜度與規(guī)模愈來(lái)愈大，芯片設(shè)計(jì)者對(duì)電路仿真與驗(yàn)證的要求愈趨嚴(yán)苛，ProPlus為協(xié)助客戶(hù)因應(yīng)此一巨大挑戰(zhàn)，于是植基于IBM授權(quán)之HighSigmaPro(HS-Pro)專(zhuān)利技術(shù)，催生NanoYield平臺(tái)。

性能與精度向來(lái)難以兼得

ProPlus董事長(zhǎng)劉志宏指出，執(zhí)行電路統(tǒng)計(jì)分析最大挑戰(zhàn)，乃在于速度與精度的彼此矛盾性，意欲追求高準(zhǔn)確度，即意謂變異性分析(VariationAnalysis)必須徹底到位，少不得需要極高的模擬驗(yàn)證次數(shù)，當(dāng)然得配合龐大采樣，勢(shì)必拖累芯片設(shè)計(jì)效率。

如果講究性能，唯有降低電路分析規(guī)模，僅針對(duì)部分重點(diǎn)進(jìn)行采樣與驗(yàn)證；憑借化繁為簡(jiǎn)的做法，在以往次微米晶圓時(shí)代或許行得通，惟如今已然進(jìn)入深次奈米世代，如此掛萬(wàn)漏一，絕對(duì)無(wú)法有效應(yīng)付制程偏移的變因。

「性能與精度之間有無(wú)平衡點(diǎn)？理論上是有的，即是蒙地卡羅(MonteCarlo)分析法，」劉志宏說(shuō)，只可惜此項(xiàng)算法亦有局限性，因應(yīng)3σ較高誤差率，MonteCarlo勉強(qiáng)可完成所需采樣，但作業(yè)時(shí)程甚為冗長(zhǎng)，若是諸如SRAM等具備大規(guī)模重復(fù)結(jié)構(gòu)的電路，往往亟需搭配更精細(xì)的6σ驗(yàn)證，動(dòng)輒數(shù)百萬(wàn)、數(shù)千萬(wàn)甚至上億次的模擬，則明顯逾越MonteCarlo的能力范圍。

在此情況下，迫使電路設(shè)計(jì)者放棄采用MonteCarlo，有的選擇將寬限范圍極大化，力求囊括所有制程偏移變因，但卻可能因「OverDesign」導(dǎo)致芯片成本飆高，亦使作業(yè)效能為之延宕；有的則依循上述簡(jiǎn)化分析之做法，只憑經(jīng)驗(yàn)執(zhí)行片段式的模擬驗(yàn)證。過(guò)猶不及，不免都失之偏頗。

HS-Pro技術(shù)加持巧妙填補(bǔ)過(guò)往缺憾

「拜HS-Pro技術(shù)所賜，使得過(guò)去可能得耗時(shí)一年執(zhí)行的高良率分析，如今僅需短短數(shù)小時(shí)甚至幾十分鐘即可望完成！」劉志宏推崇技術(shù)合作伙伴IBM，早已透過(guò)其多年的芯片設(shè)計(jì)與制造過(guò)程，歷經(jīng)不計(jì)其數(shù)的Correlation采樣與驗(yàn)證，從而匯聚龐大且值得信賴(lài)的數(shù)據(jù)，支撐HS-Pro技術(shù)理論之可行性，確定可在相同精度的前提下，大幅縮減MonteCarlo采樣次數(shù)，致使從前滯礙難行的High-Sigma分析，終于獲得實(shí)現(xiàn)。

至于諸如3σ等Low-Sigma分析需求，NanoYield平臺(tái)則提供MonteCarloPro(MC-Pro)技術(shù)加以因應(yīng)；相較于傳統(tǒng)MonteCarlo，MC-Pro可發(fā)揮十余倍、甚至上百倍的速度提升效果，從而強(qiáng)化統(tǒng)計(jì)模擬效率，對(duì)于常規(guī)型電路的良率預(yù)測(cè)與設(shè)計(jì)優(yōu)化，可望產(chǎn)生顯著貢獻(xiàn)。

劉志宏指出，隨著制程演進(jìn)、Time-to-Market壓力驟增，無(wú)論對(duì)于晶圓廠(chǎng)的設(shè)計(jì)服務(wù)部門(mén)、芯片設(shè)計(jì)業(yè)者，都企盼能在時(shí)效、良率的天平兩端之間，爭(zhēng)取更大的運(yùn)作空間；所以這群用戶(hù)不再追求「標(biāo)榜100%良率」的統(tǒng)計(jì)模擬工具，而期望藉由工具迅速知悉「割舍多少良率、可提升多少性能」、或「犧牲多少速度、可提高多少良率」等結(jié)果，以作為關(guān)鍵決策的參考依據(jù)，此即為NanoYield平臺(tái)擅長(zhǎng)之處。

另值得一提的，綜觀(guān)NanoYield平臺(tái)結(jié)構(gòu)，內(nèi)嵌ProPlus最新打造的NanoSpice仿真引擎，使得用戶(hù)在執(zhí)行DFY統(tǒng)計(jì)分析的同時(shí)，不需額外斥資授權(quán)SPICE工具，即可一并滿(mǎn)足SPICE仿真驗(yàn)證之功能需求，讓NanoYield坐實(shí)了「整合式」解決方案的利基，蘊(yùn)含一般DFY軟件罕見(jiàn)的高性?xún)r(jià)比特質(zhì)。

此外，用戶(hù)亦可受惠于ProPlus所提供的另一項(xiàng)技術(shù)PVT-Pro，在狹小電路空間內(nèi)精準(zhǔn)執(zhí)行制程／電壓／溫度的邊界模型分析，快速找出失效點(diǎn)，以利及早修正問(wèn)題；如此一來(lái)，電路設(shè)計(jì)者一向苦惱的難題，包括數(shù)據(jù)分析、發(fā)掘問(wèn)題、解決問(wèn)題等各階段處理程序之曠日費(fèi)時(shí)，皆可望迎刃而解。

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