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ProPlus多箭齐发 与半导体业共迎新世代挑战

从1993年参与孕育BSIM3v3模型和BSIMPro产品迄今,现任ProPlus董事长的刘志宏博士,20年来不仅一路见证该元件模型(DeviceModeling)工具的成长茁壮,如今更朝向DFY、千兆级电路设计与模拟等面向开枝散叶。

    在20年前,刘志宏与胡正明、高秉强等两位教授,在矽谷成立BTA,共同打造BSIMProSPICE模型解决方案,2001年BTA成为思略科技(Celestry),2003年Celestry再被Cadence购并,2006年底ProPlus产品和团队离开Cadence后成立ProPlus,一直到2010年刘志宏离开Cadence加入ProPlus,纵然历程曲折,但BSIMPro及其新版BSIMProPlus产品仍逐年演进,迄今仍让半导体产业爱不释手,放眼EDA业界,BSIMProPlus生命力着实罕见。

    

    ProPlus董事长刘志宏博士,20年来一路带领团队相伴半导体产业提供最佳解决方案。

    然在加入ProPlus时,刘志宏便意识到,伴随半导体制程不断演化,终将兴起微妙变化,一端是晶体管尺寸趋向Nano-Scale微小境界(10的负9次方米),连带造成线宽、晶体管愈趋细微,另一端则是晶片内含电晶体数量趋向Giga-Scale硕大场景(10的9次方),天平两端互为矛盾,势必令业界承受空前挑战;试想超过10亿颗细小的电晶体同处狭小空间,个中任何微小物体需避免彼此干扰,进而精确地表征其特性,如此复杂设计和制造需求,对于不管是Foundry、DesignHouse(含IDM),无疑就像「双刃剑」的难解习题。

    DFY出鞘克服双刃剑效应

    为了避免「双刃剑」沦为各方皆输,ProPlus自知除需持续精进BSIMProPlus,也不能仅凭一招行走天下,于是孕育NanoYield这道「整合良率导向设计(DesignforYield;DFY)」利器。

    刘志宏解释,为何形容为双刃剑?只因Foundry厂为求增进良率,势必强化可制造性设计(DFM)的落实能力,而在致力提供完善的IP与设计规范前,得先行思索如何定义好的DesignTarget,好让IC设计公司知所依循,设计出更佳电路,才能如愿产出高良率晶片,但一直以来,Foundry、DesignHouse始终欠缺共同沟通语言,因此随着DFY出炉,即可弥补这道缺口,一方面帮助Foundry制定好的设计Guideline,另一方面也协助IC设计业者能遵循这份Guideline,妥善满足电路设计需求。

    电路模拟需求高涨凸显NanoSpice优势所在

    但在元件模型与电路设计之间,似乎还有鸿沟尚待填补,即是电路模拟,因为在实务上,绝无可能在电路设计完成后,再来进行量测,此乃由于,设计难度加剧、制程偏移因数增多,一味任由事后旷日废时地补救、恐使Foundry、DesignHouse两造追求的高良率,沦为一场梦幻。

    然此愿景又无法凭藉传统FastSPICE或SPICE来实现,因此ProPlus决定透过平行处理架构打造全新SPICE引擎-NanoSpice,并同时将之置入NanoYield与BSIMProPlus,一来让NanoYield在顾及DFY建模与设计之余,也一并实践电路模拟,二来也使BSIMProPlus「换心脏」,过去仅能打出一拳,现今则可挥出十拳,既完成元件模型,也能兼顾元件与电路的模拟验证。

    刘志宏补充,以往的SPICE拜数学演算能力而擅长精度,至于简化过后的FastSPICE,则牺牲精度,换取较佳的速度与容量,如今NanoSpice则兼具两者专长,同时拥有「大」、「快」与「准」三重特色,所以不管面对MonteCarlo或High-Sigma的采样模拟,或迅速从低电流、低电压环境中揪出微小误差,都可望应付自如。

    不少用户折服于NanoSpice的威力,遂向ProPlus提出要求,期望它可以跳脱「引擎」格局,成为独立式解决方案;ProPlus从善如流,特别就NanoSpice的介面、I/O处理、Format检测等方面,进行全盘的验证、比对与强化,才于2013年第2季正式将NanoSpice解决方案推向市面。

    

    用户需求甚殷促使ProPlus持续发展NoisePro

    综观ProPlus于2013年的推广轴心,除上述NanoYield、NanoSpice外,还包括了专司低频1/f噪音量测的NoisePro9812D全新仪器。回顾ProPlus投入低频噪音量测的研发,其实始于「9603」这套系统,当时被大家既是赞赏、又是讥笑,戏称ProPlus不失学者风范,竟然愿意做如此困难、但利润不高的生意;但刘志宏认为,举世知名的半导体大厂多对此工具需求殷切,再加上伴随制程精进,对于电晶体品质的敏感度水涨船高,使得噪音量测一事,与元件品质优劣更加划上等号,因此ProPlus毅然决定持续发展NoisePro解决方案。

    究竟噪音量测有多么重要?例如做CMOS,与RF必然息息相关,所以必须测试RF杂讯,尤其是SRAM,其良率更将因Noise大小而影响至钜;再者,电晶体尺寸愈小,Noise就愈大,而且会随机变化,所以今后噪音量测的频度势必增高,且务求快速量测,所以ProPlus重新设计NoisePro9812D,还费心整合动态讯号分析器(DSA),让用户免于额外采购,再加上其相较前代9812B展现至少3~10倍增速效果,所以堪称史上性价比最佳的低频1/f噪音量测工具,丝毫不为过。

    「从源头BTA起算,ProPlus等于在业界存活20年,小公司得以绵延流长,而且服务对象多为金字塔顶端大厂,靠的正是深厚的技术含量,以及多年的积累与钻研。」刘志宏说,因此ProPlus对于技术趋势脉动,乃至于客户需求走向的变迁,在在拥有敏锐嗅觉。

    着眼于鳍式场效电晶体(FinFET)已被若干半导体大厂喻为「半导体发展史40~50年来最重要的发明」,足以将Silicon蓝图往后延展数十年,面对此一饶富潜力的全新元件,ProPlus自然没有坐壁上观之理,所以旗下包括元件模型、模拟验证等不同工具,通通都已支援FinFET,刘志宏更预期,FinFET这个诉诸3D概念的新工艺,将随着22奈米、16奈米…的推移脚步,受到愈来愈多半导体制造商的青睐;因为元件愈小愈容易漏电,随着通电的两端闸极相距太近,倚靠传统技术绝对难以有效关断电流。

    总而言之,技术演进趋向何方,客户需求变迁到哪里,ProPlus都凭藉雄浑的技术底蕴,亦步亦趋加以跟进。


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