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,。

圖1：富士通在重慶ICCAD上展示了成熟的28nm和40nm設(shè)計(jì)服務(wù)及國(guó)內(nèi)外實(shí)際量產(chǎn)案例，引發(fā)專業(yè)觀眾濃厚興趣,。

    “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。現(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。

    如果說高性價(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,。

圖2. 32nm/28nm及22nm/20nm工藝的Breakeven情況,。

    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。

圖3. 富士通半導(dǎo)體的高速及低功耗技術(shù)路線圖,。

    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

    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)的可以說是寥寥無幾,。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。

圖4. 富士通半導(dǎo)體領(lǐng)先的28nm IP引人注目,。

圖5. 富士通半導(dǎo)體IP路線圖：Peripheral IP/Functional IP,。

圖6. 富士通半導(dǎo)體IP路線圖：ARM Core。

   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)廠商來講無疑非常重要,。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,。

圖7：世界上最快的56G?65Gsps ADC IP,。

    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,。

圖8.富士通半導(dǎo)體與Oracle合作開發(fā)的高性能處理器SPARC64 X。

    “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,，我們也看到了這種需求。所以透過此次ICCAD,，富士通半導(dǎo)體通過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,。

圖9. 富士通半導(dǎo)體系統(tǒng)方案,。

    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。