2012年初，富士通半導(dǎo)體宣布交付其為中小型IC設(shè)計(jì)公司量身定制的55nm創(chuàng)新工藝制程(可兼容65nm IP、性能堪比40nm工藝)，一度引發(fā)中國(guó)IC設(shè)計(jì)業(yè)的震動(dòng)。而在日前于重慶舉辦的“中國(guó)集成電路設(shè)計(jì)業(yè)2012年會(huì)暨重慶集成電路跨越發(fā)展高峰論壇”上，富士通半導(dǎo)體又一次帶來(lái)驚喜，率先將已經(jīng)量產(chǎn)的成熟28nm先進(jìn)工藝和設(shè)計(jì)服務(wù)帶給中國(guó)高端SoC設(shè)計(jì)業(yè)者。

“55nm創(chuàng)新工藝制程(CS250L和CS250S)推出后中國(guó)客戶的反饋非常好，這和我們當(dāng)初推出時(shí)的定位策略有關(guān)，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(dǎo)入55nm制程?，F(xiàn)在已經(jīng)有2至3家消費(fèi)類電子的用戶在使用了，預(yù)計(jì)明年初將會(huì)有3個(gè)Tape out。” 富士通半導(dǎo)體ASIC/COT業(yè)務(wù)市場(chǎng)部副經(jīng)理劉哲女士介紹說(shuō)。

如果說(shuō)高性價(jià)比的55nm創(chuàng)新工藝制程是為了一解處于激烈競(jìng)爭(zhēng)中的本土中小客戶IC設(shè)計(jì)之“渴”，那么此次富士通半導(dǎo)體帶來(lái)的成熟已經(jīng)量產(chǎn)的28nm半導(dǎo)體制造技術(shù)則是為幫助中國(guó)IC設(shè)計(jì)業(yè)應(yīng)對(duì)高端先進(jìn)制程SoC設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)而生。

高端制程SoC設(shè)計(jì)的“N只攔路虎”

當(dāng)半導(dǎo)體制程進(jìn)入40nm工藝節(jié)點(diǎn)以后，成本成為高端SoC設(shè)計(jì)企業(yè)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(xiàng)費(fèi)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(dá)60-100M units，這樣高的半導(dǎo)體制造成本不只掐住了中小IC業(yè)者的喉嚨，也成為高端SoC設(shè)計(jì)廠商的巨大壓力。再加上IP方面不菲的投資以及整合驗(yàn)證，財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)可謂巨大。

雖然邁向尺寸更小的工藝節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了集成度和性能優(yōu)勢(shì)，但是設(shè)計(jì)和制造的復(fù)雜度也相應(yīng)成倍增加， 這成為高端SoC設(shè)計(jì)企業(yè)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(fù)雜：Double patterning、Layout-dependent effects、New interconnect layers、Difficult design rules、Device variation、New transistors等等。而曾經(jīng)存在于半導(dǎo)體制造工藝中的諸如成本、產(chǎn)量、上市時(shí)間、盈利能力、可預(yù)測(cè)能力、低功耗(面積)、復(fù)雜性等各種問題現(xiàn)在也依然存在，不只存在，當(dāng)工藝尺寸不斷縮小，還會(huì)使問題變得更加糟糕。”

此外，不要忘記：Multi-source IP、混合信號(hào)和RF、3D-IC方法、系統(tǒng)級(jí)封裝等這些新的設(shè)計(jì)方法也會(huì)使SoC設(shè)計(jì)面臨更多的挑戰(zhàn)。

已量產(chǎn)的28nm技術(shù)獨(dú)占鰲頭

早在上世紀(jì)90年代，富士通半導(dǎo)體就在中國(guó)大陸開始推廣ASIC方案和設(shè)計(jì)服務(wù)。針對(duì)不同時(shí)期不同的市場(chǎng)需求，該公司都有與之相適應(yīng)的ASIC方案和設(shè)計(jì)服務(wù)。在本次ICCAD上，富士通半導(dǎo)體展示了其技術(shù)路線圖并重點(diǎn)展示了幫助中國(guó)高端SoC設(shè)計(jì)廠商克服上述40nm/28nm先進(jìn)工藝制程設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的成熟技術(shù)和已量產(chǎn)實(shí)際案例。

在世界范圍內(nèi)，富士通半導(dǎo)體在40/28nm高端制程上的設(shè)計(jì)能力相比其他設(shè)計(jì)公司具有很大優(yōu)勢(shì)，并且富士通半導(dǎo)體在28nm IP上也處于領(lǐng)先位置。

和TSMC的密切合作是富士通半導(dǎo)體在28nm上的優(yōu)勢(shì)之一。“富士通半導(dǎo)體在TSMC的28nm工藝上的Tape out數(shù)量也是名列前茅的，這使我們?cè)趯?duì)工藝制程的管理、優(yōu)化方面積累了大量經(jīng)驗(yàn)。”劉哲介紹說(shuō)

例如剛開始的28nm工藝可能會(huì)有一些良率(yield)不穩(wěn)定的問題，通過(guò)和TSMC的項(xiàng)目合作，富士通提高了量產(chǎn)的良率，包括穩(wěn)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(jìn)設(shè)計(jì)項(xiàng)目能夠量產(chǎn)的一個(gè)很重要因素。

“量產(chǎn)與否，在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域是有質(zhì)的區(qū)別的。現(xiàn)在市場(chǎng)上宣稱有28nm項(xiàng)目的設(shè)計(jì)服務(wù)廠商不少，但真正擁有能夠進(jìn)入量產(chǎn)的28nm設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的可以說(shuō)是寥寥無(wú)幾。而富士通半導(dǎo)體此次宣布的成熟已經(jīng)量產(chǎn)的28nm創(chuàng)新工藝技術(shù)(CS450HP、CS450G、CS450LP)正是為了將先進(jìn)的高端ASIC方案和設(shè)計(jì)服務(wù)帶給中國(guó)廠商，以填補(bǔ)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)在這個(gè)領(lǐng)域的空白。”劉哲表示。

IP的關(guān)鍵詞——廣泛性、高質(zhì)量

不只在設(shè)計(jì)方面領(lǐng)先，在IP方面，富士通半導(dǎo)體也走在業(yè)界前列。富士通半導(dǎo)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(jīng)過(guò)驗(yàn)證的28nm IP更是處于業(yè)內(nèi)領(lǐng)先。以下3張圖比較全面地展示了富士通半導(dǎo)體的IP。

富士通半導(dǎo)體的IP分為兩種，一種是富士通半導(dǎo)體自己開發(fā)的IP，另一種是從第三方購(gòu)買的IP。在對(duì)IP的管理上，富士通半導(dǎo)體有它獨(dú)特的流程和方法，即IPV (IP Verification flow)，遵循這樣獨(dú)特的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證流程就可以保證打上富士通Logo的IP的質(zhì)量。這樣就在客戶和第三方IP提供商之間又加了一道保險(xiǎn)。

“舉個(gè)例子，富士通半導(dǎo)體和其他設(shè)計(jì)公司對(duì)IP設(shè)計(jì)要求的標(biāo)準(zhǔn)不同，我們驗(yàn)證的corner會(huì)特別多，要求非常嚴(yán)格。這樣要pass這么多的corner，就一定要設(shè)計(jì)出非常有質(zhì)量的IP才可以，這是和其他公司的不同。還有驗(yàn)證平臺(tái)的成熟度，驗(yàn)證的覆蓋率都是決定IP質(zhì)量的關(guān)鍵因素，而富士通半導(dǎo)體本身又是一個(gè)IDM的公司，我們有自己的IC產(chǎn)品，對(duì)產(chǎn)品的嚴(yán)格質(zhì)量管控是長(zhǎng)久以來(lái)的傳統(tǒng)和立身之本。這也適用于我們的IP和我們?yōu)榭蛻舳ㄖ频腁SIC。”富士通半導(dǎo)體劉哲表示。

此外，富士通半導(dǎo)體經(jīng)過(guò)嚴(yán)格評(píng)估和量產(chǎn)驗(yàn)證的廣泛IP能夠省去客戶去和不同IP供應(yīng)商談判的精力和時(shí)間。由于富士通半導(dǎo)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(yōu)勢(shì)的價(jià)格，這對(duì)資金壓力巨大的SoC設(shè)計(jì)廠商來(lái)講無(wú)疑非常重要。從芯片的風(fēng)險(xiǎn)角度講，一旦芯片出現(xiàn)IP的質(zhì)量問題，客戶也無(wú)需為此而在各個(gè)IP供應(yīng)商之間周旋。從成本角度，富士通半導(dǎo)體所提供的打包IP方案也會(huì)幫助節(jié)省客戶初期的IP 投入。

通信、消費(fèi)、高性能計(jì)算領(lǐng)域的成功案例

事實(shí)勝于雄辯，劉哲通過(guò)3個(gè)典型的客戶案例展現(xiàn)了富士通半導(dǎo)體在高端工藝設(shè)計(jì)上的技術(shù)實(shí)力。這3個(gè)例子分別屬于三個(gè)不同的領(lǐng)域：通信、消費(fèi)電子、高性能計(jì)算，并且均已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。而這三個(gè)領(lǐng)域都是富士通半導(dǎo)體的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域。

富士通半導(dǎo)體是目前100G波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)的主要芯片設(shè)計(jì)方案提供者，是推動(dòng)100G網(wǎng)絡(luò)商用的重要力量。劉哲舉第一個(gè)例子就是富士通半導(dǎo)體的一個(gè)基于標(biāo)準(zhǔn)CMOS技術(shù)，使用TSMC 40nm工藝的，世界上最快的56G?65Gsps ADC IP。據(jù)悉，此IP為光網(wǎng)絡(luò)傳輸中100G波分復(fù)用網(wǎng)絡(luò)的核心，已被國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先光通信廠商所采用并量產(chǎn)，它的使用使得世界范圍內(nèi)的100G傳送網(wǎng)比預(yù)期提前兩年實(shí)現(xiàn)商用。

特別值得一提的是獨(dú)特的金質(zhì)底盤封裝(圖7)。之所以要采用這樣獨(dú)特的封裝，是因?yàn)轭愃七@樣的通信網(wǎng)絡(luò)可能有億萬(wàn)門的邏輯，不論是從設(shè)計(jì)規(guī)模還是功耗都很具有挑戰(zhàn)，所以不只對(duì)芯片本身的設(shè)計(jì)有要求，對(duì)芯片封裝的設(shè)計(jì)也有非常高的要求。金質(zhì)底盤是富士通半導(dǎo)體特別針對(duì)高功耗的芯片而特別設(shè)計(jì)的，此金質(zhì)底盤的Substrate有19層，這是業(yè)界非常領(lǐng)先的技術(shù)，也是富士通半導(dǎo)體所獨(dú)有的。

第二個(gè)例子是世界上第一個(gè)采用28nm HPL(高性能低功耗)工藝的LTE/3G/2G 基帶IC(用于手機(jī)) ，來(lái)自排世界TOP3位置的通信廠商。由于特別使用了富士通半導(dǎo)體開發(fā)的低功耗methodology，其動(dòng)態(tài)功耗降低了30%。

此外，在設(shè)計(jì)方面，此基帶LSI還采用了富士通半導(dǎo)體的一系列IP，包括ARM11、DigRFV3、V4、HSIC、USB2.0等等。

第三個(gè)例子是更加典型的28nm應(yīng)用，即今年中剛發(fā)布的富士通半導(dǎo)體與Oracle合作開發(fā)的第10代處理器——SPARC64 X多核多線程處理器，它含有16個(gè)內(nèi)核，每核雙線程，在TSMC High Performance工藝上開發(fā)。面向服務(wù)器等高性能計(jì)算領(lǐng)域，處于世界領(lǐng)先地位。的，富士通半導(dǎo)體的SPARC CPU在國(guó)際上高性能計(jì)算領(lǐng)域很有代表性。

“隨著中國(guó)設(shè)計(jì)能力的提升，這些目前還很先進(jìn)的技術(shù)在國(guó)內(nèi)的需求也逐步多起來(lái)，我們也看到了這種需求。所以透過(guò)此次ICCAD，富士通半導(dǎo)體通過(guò)展示這些有代表性的成功案例，希望可以和中國(guó)的潛在客戶進(jìn)行交流，尋找合作的契機(jī)。” 富士通半導(dǎo)體亞太區(qū)研發(fā)部副總裁Vincent Shen表示。

系統(tǒng)方案節(jié)省客戶前期IP驗(yàn)證時(shí)間

此次ICCAD，富士通半導(dǎo)體還帶來(lái)了富士通半導(dǎo)體的系統(tǒng)解決方案，包括ARM-SoC Platform和系統(tǒng)原型開發(fā)套件(System prototyping kit)，也引發(fā)中國(guó)IC設(shè)計(jì)業(yè)界的熱情“圍觀”。如下圖9所示。

富士通半導(dǎo)體系統(tǒng)原型開發(fā)套件可以對(duì)Cortex-A9平臺(tái)以及各種集成IP如CPU和外設(shè)進(jìn)行評(píng)估;在ASIC開發(fā)的早期驗(yàn)證期間對(duì)IP的質(zhì)量和互操作性進(jìn)行評(píng)估，包括：PCIe/SATA/USB3.0/GbE;CPU效能的評(píng)估：Cortex-A9、R4F、M3。還能提供S / W開發(fā)：樣品的Linux驅(qū)動(dòng)程序和OS移植服務(wù)。

“以前客戶自己搭平臺(tái)驗(yàn)證費(fèi)時(shí)又耗力?，F(xiàn)在有了這樣的平臺(tái)將會(huì)大大縮短SoC設(shè)計(jì)前期的驗(yàn)證時(shí)間，包括客戶自己搭平臺(tái)的時(shí)間也節(jié)省了，對(duì)客戶非常有意義。并且富士通半導(dǎo)體還能針對(duì)不同客戶的需求提供額外定制服務(wù)。”富士通半導(dǎo)體相關(guān)負(fù)責(zé)人表示。