台积电公布将模拟设计迁移到3纳米的方法

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模拟单元挑战

从N7到N5再到N3，模拟设计规则的数量急剧增加，同时需要考虑更多的布局效应。模拟单元的高度往往是不规则的，所以没有像标准单元那样的基台(abutment)。附近的晶体管布局会影响相邻晶体管的性能，需要花费更多时间进行验证。

台积电从N5节点开始对模拟单元采取的方法是使用具有固定单元高度的布局，支持单元的基台以形成阵列，重复使用 Metal 0 及以下的预绘制布局，并且经过硅验证。模拟单元的 PDK 内部是有源单元，加上所有其他参数：CMOS、保护环、CMOS tap、变容二极管等。

模拟单元现在使用固定高度，放置在轨道（track）中，您可以在其中使用基台，甚至可以自定义过渡（transition）、tap和保护区域。模拟单元的所有可能组合都经过详尽的预验证。

模拟单元

通过这种模拟单元方法，可以实现均匀的氧化物扩散 (OD) 和多晶硅 (PO)，从而提高硅产量。

模拟单元版图

模拟单元版图自动化

通过限制模拟单元内的模拟晶体管使用更有规律的模式，那么就可以更容易地使用布局自动化，如：使用模板自动布局、具有电气感知宽度和空间的自动布线，以及添加备用晶体管以支持设计过程中后来出现的任何ECO。

模拟单元的常规布局

在节点之间迁移时，原理图拓扑结构被重新使用，而每个器件的宽度和长度确实发生了变化。APR的设置是针对单元中的每个模拟元件进行调整的。对电流和寄生匹配等模拟指标的APR约束使这个过程更加智能。为了支持ECO流程，有一个自动备用晶体管插入的功能。自2021年以来，Cadence和Synopsys都与台积电合作，以实现这种改进的模拟自动化方法。

将模拟电路迁移到新的工艺节点需要一系列设备映射、电路优化、版图重用、模拟 APR、EM 和 IR 修复以及版图后仿真。在映射期间，使用 Id 饱和方法，其中器件根据其上下文自动识别。

伪布局后仿真可以使用估计值和一些完全提取的值来缩短分析循环。Cadence和Synopsys对IC布局工具的增强现在支持原理图迁移、电路优化和版图迁移步骤。

使用自动化步骤和模板方法将 N4 的 VCO 布局迁移到 N3E 节点，重用差分对和电流镜像设备的布局和方向。将新的自动化迁移方法与手动方法进行比较，其中手动迁移所需时间为 50 天，而自动化仅需 20 天，因此生产率提高了 2.5 倍。早期的 EM、IR 和寄生 RC 检查是实现生产力提升的基础。

环形 VCO 也使用 Pcells 从 N40 手动和自动迁移到 N22 节点。通过使用自动化流程，生产率提高了 2 倍。Pcells 有更多的限制，所以生产率的提高相对较少。

总结

台积电通过以下方式应对模拟单元迁移的挑战：与Cadence和Synopsys等EDA供应商合作修改他们的工具，使用固定高度的模拟单元以实现更多的布局自动化，以及采用与数字流程类似的策略。两个迁移实例表明，当使用较小的节点，如N5到N3时，生产率的提高可以达到2.5倍。即使是像N40这样的成熟节点，使用Pcells也可望有2倍的生产率提高。

原文

https://semiwiki.com/semiconductor-manufacturers/321960-tsmc-oip-analog-cell-migration/