模擬單元設(shè)計(jì)和遷移的世界與數(shù)字單元有很大不同，因?yàn)槟M單元的輸入和輸出通常具有隨時(shí)間連續(xù)變化的電壓電平，而不僅僅是在 1 和 0 之間切換。臺(tái)積電的 Kenny Hsieh 就該主題發(fā)表了演講在最近的北美OIP 活動(dòng)中研究模擬cell的遷移，我觀看了他的演講以更多地了解他們應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的方法。

模擬單元挑戰(zhàn)

從 N7 到 N5 再到 N3，模擬設(shè)計(jì)規(guī)則的數(shù)量急劇增加，同時(shí)需要考慮更多的布局效果。模擬單元高度往往是不規(guī)則的，因此沒有像標(biāo)準(zhǔn)單元那樣的鄰接。附近的晶體管布局會(huì)影響相鄰的晶體管性能，需要花費(fèi)更多時(shí)間進(jìn)行驗(yàn)證。

臺(tái)積電從 N5 節(jié)點(diǎn)開始的模擬單元的方法是使用具有固定單元高度的布局，支持單元鄰接以形成陣列，重復(fù)使用 Metal 0 及以下的預(yù)繪制布局，并且經(jīng)過硅驗(yàn)證。模擬單元的 PDK 內(nèi)部是有源單元，加上所有其他參數(shù)：CMOS、保護(hù)環(huán)、CMOS 抽頭、去電容和變?nèi)?a target="_blank">二極管。

模擬單元現(xiàn)在使用固定高度，放置在軌道中，您可以在其中使用基臺(tái)（abutment），甚至可以自定義transition, tap 和保護(hù)區(qū)域。模擬單元的所有可能組合都經(jīng)過詳盡的預(yù)驗(yàn)證。

模擬單元

通過這種模擬電池方法，可以實(shí)現(xiàn)均勻的氧化物擴(kuò)散 (OD) 和多晶硅 (PO)，從而提高硅良率。

模擬單元布局

自動(dòng)化模擬單元布局

通過限制模擬單元內(nèi)的模擬晶體管使用更規(guī)則的模式，可以更容易地使用布局自動(dòng)化，例如：使用模板、自動(dòng)布局、具有電氣感知寬度和空間的自動(dòng)布線，以及添加備用晶體管以支持任何 ECO在設(shè)計(jì)過程的后期到達(dá)。

模擬單元的常規(guī)布局

在節(jié)點(diǎn)之間遷移時(shí)，原理圖拓?fù)浔恢匦率褂茫總€(gè)設(shè)備的寬度和長(zhǎng)度確實(shí)發(fā)生了變化。APR 設(shè)置針對(duì)單元格的每個(gè)模擬組件進(jìn)行調(diào)整。電流和寄生匹配等模擬指標(biāo)的 APR 約束使該過程更加智能。為了支持 ECO 流程，有一個(gè)自動(dòng)備用晶體管插入功能。自 2021 年以來， Cadence和Synopsys都與臺(tái)積電合作，以實(shí)現(xiàn)這種改進(jìn)的模擬自動(dòng)化方法。

將模擬電路遷移到新的工藝節(jié)點(diǎn)需要一系列設(shè)備映射、電路優(yōu)化、版圖重用、模擬 APR、EM 和 IR 修復(fù)以及版圖后仿真。在映射期間，使用 Id 飽和方法，其中設(shè)備由其上下文自動(dòng)識(shí)別。

偽布局后仿真可以使用估計(jì)值和一些完全提取的值來縮短分析循環(huán)。Cadence 和 Synopsys 對(duì) IC 版圖工具的增強(qiáng)現(xiàn)在支持原理圖遷移、電路優(yōu)化和版圖遷移步驟。

使用自動(dòng)化步驟和模板方法將 N4 的 VCO 布局遷移到 N3E 節(jié)點(diǎn)，重用差分對(duì)和電流鏡像設(shè)備的布局和方向。將新的自動(dòng)化遷移方法與手動(dòng)方法進(jìn)行比較，其中手動(dòng)遷移所需時(shí)間為 50 天，而自動(dòng)化僅需 20 天，因此生產(chǎn)率提高了 2.5 倍。早期的 EM、IR 和寄生 RC 檢查是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)力提升的基礎(chǔ)。

N4 到 N3E VCO 布局遷移

基于環(huán)的 VCO 也使用 Pcells 從 N40 手動(dòng)和自動(dòng)遷移到 N22 節(jié)點(diǎn)。通過使用自動(dòng)化流程，生產(chǎn)率提高了 2 倍。Pcells 有更多的限制，所以生產(chǎn)率的提高有點(diǎn)少。

總結(jié)

臺(tái)積電通過以下方式面臨模擬單元遷移的挑戰(zhàn)：與 Cadence 和 Synopsys 等 EDA 供應(yīng)商合作修改他們的工具，使用具有固定高度的模擬單元以允許更多布局自動(dòng)化，以及采用與數(shù)字流程類似的策略。兩個(gè)遷移示例表明，使用較小的節(jié)點(diǎn)（如 N5 到 N3）時(shí)，生產(chǎn)率提高可以達(dá)到 2.5 倍。即使使用像 N40 這樣的成熟節(jié)點(diǎn)，使用 Pcell 也可以預(yù)期將生產(chǎn)率提高 2 倍。

編輯：黃飛

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