作者：Ken Brock，Synopsys產(chǎn)品市場營銷經(jīng)理

TSMC最近宣布其第四代主要16納米工藝，即16FFC（16納米FinFET緊湊版）, 進入批量生產(chǎn)。該工藝提供了一種簡單的從28納米工藝進行轉(zhuǎn)移的方式，它具有優(yōu)異的性能、功耗和面積方面的優(yōu)點。為了在該工藝上開發(fā)最具競爭力的片上系統(tǒng)（SOC），設計人員必須選擇優(yōu)化的基礎IP構(gòu)件（嵌入式存儲器和標準單元庫），以實現(xiàn)最高的SOC性能，以及最低的功耗和面積。通過將16FFC工藝和正確基礎IP組合，設計人員能夠為多種應用開發(fā)SOC，從高端綠色服務器和網(wǎng)絡處理器到超低功耗移動裝置、消費產(chǎn)品、可穿戴產(chǎn)品，以及介于中間的任何產(chǎn)品。

在本文中，介紹了設計人員可采取的七種方式，采用它們，設計人員能夠利用這一新工藝的優(yōu)點，以及最先進的邏輯庫和存儲器編譯器技術(shù)，對其SOC的性能、功耗和面積進行優(yōu)化。

1、與28納米技術(shù)相比，利用16納米技術(shù)的摩爾定律縮小比例，設計人員能夠改善SOC的面積。
2、FinFET提供了較高的每單位面積飽和電流，這意味著可以通過不同的電路拓撲來改善性能，從而使用較小的邏輯單元來收斂關鍵定時路徑。
3、與28納米相比，F(xiàn)inFET的漏電流更低，但是，由于fin的輸入電容增加，消耗的動態(tài)功耗相對較高。
4、標準單元架構(gòu)能夠利用創(chuàng)新的工藝技術(shù)（continuous poly），借助于使用與邏輯庫共同優(yōu)化的物理設計工具，產(chǎn)生最密集的布圖，以節(jié)省面積和功耗。
5、布線性好的高扇入標準單元，和具有多種延遲時間、多種建立時間和多位觸發(fā)器（MBFF）的時序單元，使得設計人員能夠優(yōu)化其處理器核的性能和功耗。
6、具有多種位元、多種外圍VT和創(chuàng)新的功耗管理特性的多種存儲器編譯器。
7、將創(chuàng)新的工藝技術(shù)、庫設計能力、最新的EDA工具創(chuàng)新和流程結(jié)合在一起，SOC設計人員能夠利用自己的設計技能，開發(fā)出具有最高性能、最低硅片成本和最低功耗的設計。

工藝縮放
作為摩爾定律和經(jīng)典Dennard縮放的一部分，16FFC工藝提供了更小的晶體管間距（contacted poly pitch或CPP）和更小的互連金屬間距（線到線，過孔到線，以及過孔到過孔）以利于布線，提供了更小的位單元以減少面積。優(yōu)化的IP布圖創(chuàng)新能利用這些更小設計規(guī)則，同時還能處理16納米技術(shù)帶來的挑戰(zhàn)，包括因更細導線而致的較高線電阻，以及信號線和電網(wǎng)的電遷移。必須在IP架構(gòu)和IP驗證方面解決這些挑戰(zhàn)。如圖1所示，與28納米技術(shù)相比，使用優(yōu)化的基礎IP時，16FFC能夠提供兩倍以上的面積收益和至少30%的性能改進。

圖1：面積-性能，28納米-16納米，CPU

FinFET提供了較高的每單位面積飽和電流，這意味著可以通過不同的電路拓撲來改善性能，從而使用較小的邏輯單元來收斂關鍵定時路徑。

Reduced Gate Leakage but Increased Dynamic Power
16FFC提供了豐富的電壓閾值（VT）和溝道長度，涵蓋廣泛的性能/漏電范圍。在圖2中，給出了邏輯門性能-漏電（對數(shù)尺度）圖，其中顯示了通過在多個VT/溝道長度上使用針腳相容的標準單元來實現(xiàn)設計權(quán)衡。

圖2：每種VT和溝道長度的相對性能-相對漏電，7.5軌（T）超高密度

許多移動和物聯(lián)網(wǎng)（IOT）設備大多數(shù)時間處于待機或睡眠狀態(tài)，這時唯一的功耗為漏電功耗。FinFET的一個主要優(yōu)點在于，它們能在很低的電壓下工作，當然相關的性能也會降低。漏電流大體上與供電電壓成正比，漏電流節(jié)省在低電壓下很可觀。

總功耗由動態(tài)功耗和漏電功耗組成。與28納米或其他節(jié)點相比，F(xiàn)inFET的漏電更低，但由于fin的輸入電容和飽和電流增加，它會消耗較高的動態(tài)功耗。在28納米SOC的設計范例下，這類在相對漏電-動態(tài)功耗方面的變化會產(chǎn)生較大差異。在圖3中，顯示了從180納米到16納米，漏電功耗占總SOC功耗的百分比。在16FFC，這會大大減少設計人員在減小漏電方面的壓力，但會將更多注意力放在降低動態(tài)功耗方面。

圖3：從180納米到16納米漏電功耗占總SOC功耗的百分比