世界首個開源 PDK,Google 做到了

作者 | 發布日期 2020 年 07 月 13 日 8:00 | 分類 Google , 晶片 , 軟體、系統 Telegram share ! follow us in feedly


一顆晶片的誕生,需要經歷晶片設計、製造、封裝和測試等步驟,其中晶片設計和製造是最核心和困難的環節,但相對設計而言,因為受資金和技術的限制,晶圓製造廠更為稀缺。

對於任何人而言,如果想要製造晶片,在已經擁有 RTL(電阻晶體管邏輯電路)的前提下,還需要克服兩大障礙,一是從晶片代工廠獲得製程設計套件(PDK),二是有足夠的資金支付製造費用。

PDK 即 Process Design Kit 製程設計包,是連接 IC 設計公司、代工廠和 EDA 公司的橋梁。PDK 包括設計規則文件、電學規則文件、版圖層次定義文件、SPICE 仿真模型、器件版圖和期間定制參數。而 PDK 是將 RTL 轉化為物理晶片的關鍵步驟,也是精實流程開源的障礙,因此想製造自己的晶片,就要有一套可製造且開源的 PDK。

但在未來,製造自己的晶片將成為可能。最近,Google 的軟體工程師 Tim Ansell 公布了與 SkyWater 合作的第一個可製造的、開源的 PDK──SkyWater PDK。另外,無需承擔昂貴的製造費用,Google 也將提供完全免費的晶片製造流程。

免費獲得 SkyWater PDK 的條件

儘管 Google 的免費開源晶片能夠提供給所有人,但也有一定的條件。

申請獲得免費 SkyWater PDK 的用戶自己的設計必須開源,其次晶片的製程限制在 130 奈米製程節點,同時,用戶需要向 efabless.com 上傳一份開源的 Git URL。最終,Google 會在申請報名的名單中選擇 40 個用戶團隊,為其提供 10 平方毫米的晶片模具,大約試生產 100 片。

除了提供免費的晶片製造流程外,獲得申請資格的團隊也無需自己找代工廠代工,Google 的合作夥伴 SkyWater 將為其生產代工。

SkyWater 是一家總部設在美國、且擁有美國 DMEA 認證的積體電路和微設備生產商,專門從事先進的創新工程服務和各種差分積體電路(IC)的批量生產。此外,SkyWater 還為航空航太、國防、汽車、雲端計算、消費、工業、物聯網和醫療等市場的客戶提供服務。

在晶片製造領域,該公司於 2017 年接管了原本屬於 Cypress Semiconductor(賽普拉斯半導體)的晶圓代工廠,這家工廠採用的常規製程為 130 奈米和 90 奈米,也可以實現 65 奈米晶片的生產。同時,該工廠專注於為物聯網應用製造高容量的小批量生產,如專用的 SRAM 和混合信號電路。

關於具體生產時間,Tim 表示,將在今年 11 月開始為第一批入選者進行「試生產」,在 2021 年初進行第二輪生產,並在 2021 中後期進入常態化生產。

有關開源 PDK 的一些資訊

目前,GitHub 上已經有 SkyWater PDK 開源文檔,可以得到 PDK 的一些資訊。

文件描述顯示,SkyWater 開源 PDK 內容包括:

  • 有關在 SKY130 過程節點上創建可製造設備所需的設計規則的全面文檔。
  • 用於多個開源和專有設計流程的 EDA 工具支援文件。
  • 用於創建模擬設計的原始單元庫和模型。
  • 涵蓋一系列不同用例的多個標準數位單元庫。
  • 使用 PDK 的多個文檔示例。

Sky130 是一種成熟的 180 奈米到 130 奈米混合技術,最初由 Cypress Semiconductor 內部開發,之後歸屬於 SkyWater Technology,並為一般工業所用,此次 SkyWater 和 Google 的合作,將將此項技術推廣至所有人可用。

Sky 130 製程節點技術堆疊包括:

  • 支援帶有 5.0VI / O 的內部 1.8V(可在 2.5V 下執行)。
  • 1 級本地互連。
  • 5 級金屬。
  • 具有電感能力。
  • 具有較高的片狀 rho 多晶矽電阻器。
  • 可選的 MiM 電容器。
  • 包括 SONOS 縮小的電池。
  • 支援 10V 穩壓電源。
  • 高壓漏極擴展奈米 OS 和 PMOS。

Sky130 製程節點極具靈活性,為設計人員提供了廣泛的設計選擇。Google 表示,如果 Sky130 製程節點成功,未來將會有更多更先進的製程節點可供選擇。

不過,目前 GitHub 的 PDK 開源資訊還不是全部,相關內容仍在持續更新中。

(本文由 雷鋒網 授權轉載;首圖來源:shutterstock)

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