Trong những năm gần đây, sự phát triển nhanh chóng của công nghệ điện tử đã cho phép tạo ra các thiết bị ngày càng nhỏ gọn, hoạt động tốt và hiệu quả. Tần số hoạt động cao hơn mà tại đó các loại linh kiện điện tử khác nhau hoạt động chắc chắn đã kéo theo những thách thức lớn đối với các nhà thiết kế chip, đặc biệt liên quan đến các vấn đề nhiễu điện từ.
Samsung Foundry sẽ sử dụng các công cụ mô phỏng điện từ của Ansys Inc. để phát triển các thiết kế tối tân, bao gồm 5G/6G, trên các chip, nút và công nghệ xử lý tiên tiến nhất. Các giải pháp mô phỏng của Ansys sẽ cung cấp quy trình thiết kế nhận biết điện từ toàn diện với công suất, tốc độ và khả năng tích hợp cao hơn cho công nghệ bán dẫn tiên tiến nhất của Samsung, tăng tốc thời gian chu kỳ thiết kế trên chip để tăng cường kết nối tốc độ cao đồng thời giúp giảm lỗi và rủi ro thiết kế .
Mô phỏng điện từ
Một cách để giải quyết các vấn đề nhiễu điện từ là sử dụng các công cụ mô phỏng điện từ thích hợp. Nhiều năm trước, các yêu cầu về mô phỏng điện từ chủ yếu liên quan đến các thiết bị cuộn cảm. Các nhà sản xuất chip muốn thiết kế và tối ưu hóa cuộn cảm cồng kềnh trên chip, vì những thành phần đó ban đầu được thiết kế theo gói. Sau đó, công nghệ đã phát triển và các nhà sản xuất chip có thể thiết kế cuộn cảm trên chip và đây là trọng tâm của họ khi có liên quan đến mô phỏng điện từ.
Xu hướng tập trung chủ yếu vào cuộn cảm tiếp tục cho đến khi các kỹ sư bắt đầu thiết kế chip ở tần số cao hơn. Khi IC RF bắt đầu chiếm ưu thế trên thị trường, mô phỏng điện từ nổi lên như một yêu cầu cao hơn để có được sản phẩm đúng thời gian và ngân sách.
Công cụ mô phỏng điện từ của Ansys
Ansys, nhà cung cấp phần mềm và công nghệ mô phỏng kỹ thuật được các nhà thiết kế, kỹ sư và nhà nghiên cứu trong nhiều ngành công nghiệp áp dụng rộng rãi, cung cấp bộ công cụ mô phỏng điện từ hoàn chỉnh giúp các nhà sản xuất chip tối ưu hóa kết nối tốc độ cao .
Kelly Damalou, giám đốc sản phẩm chính cho danh mục mô phỏng điện từ trên chip tại ANSYS cho biết: “Ngày nay, khách hàng bắt đầu tin tưởng nhiều hơn vào việc có mô phỏng điện từ, chủ yếu là do tần số ngày càng tăng và tín hiệu tốc độ dữ liệu cao hơn làm trầm trọng thêm nhiễu xuyên âm điện từ”. , trong một cuộc phỏng vấn với EE Times.
Gần đây, Samsung Foundry đã chọn bộ công cụ mô phỏng điện từ của Ansys để phát triển các thiết kế hiện đại, bao gồm 5G/6G, trên các công nghệ xử lý tiên tiến nhất.
Năng lực, tốc độ và khả năng tích hợp vượt trội của các công cụ phần mềm của Ansys sẽ cho phép các nhà thiết kế của Samsung tăng tốc thời gian chu kỳ thiết kế điện từ lên 10 lần, do đó rút ngắn thời gian đưa ra thị trường.
Các nhà thiết kế của Samsung sẽ tận dụng các công cụ thiết kế điện từ của Ansys, Ansys RaptorX, Ansys VeloceRF và Ansys Exalto, để giúp giảm thời gian đưa ra thị trường từ hai đến ba tuần đối với các thiết kế nhỏ hơn và tối đa hai tháng đối với các thiết kế phức tạp:
- VeloceRF: một công cụ mô hình hóa và tổng hợp thiết bị cảm ứng hỗ trợ các nút nâng cao ở mức thấp tới 3 nm và tích hợp với các nền tảng EDA hàng đầu (Hình 1)
- RaptorX: bộ giải điện từ công suất cao được tối ưu hóa cho các ứng dụng silicon như IC RF tốc độ cao, SOC kỹ thuật số và IC 2.5D/3D.
- Exalto: một giải pháp phần mềm trích xuất ký sinh nhận biết điện từ cho phép các kỹ sư thiết kế vi mạch dự đoán chính xác các hiệu ứng ghép nối điện từ trong giai đoạn phê duyệt.
Với khả năng tự động hóa giúp tối ưu hóa tính toán và mô hình hóa, cùng với dung lượng lớn hơn, phần mềm của Ansys sẽ cho phép nhóm Samsung thiết kế ở tốc độ nhanh hơn với độ trung thực cao hơn.
Bằng cách trích xuất các phần tử ký sinh gộp và tạo ra một mô hình chính xác cho sự ghép nối điện, từ và chất nền, Ansys Exalto, như thể hiện trong Hình 2, là một giải pháp phần mềm trích xuất RLCk hậu LVS cho phép các nhà thiết kế vi mạch nắm bắt chính xác nhiễu xuyên âm chưa biết giữa các khối khác nhau trong hệ thống phân cấp thiết kế. Exalto có thể bổ sung công cụ trích xuất RC mà bạn chọn và giao diện với phần lớn các giải pháp LVS.
Bắt đầu từ năm tới, khách hàng của Ansys sẽ có thể cải thiện hơn nữa thời gian chu kỳ thiết kế theo hệ số hai trên một nút đơn và hệ số cao hơn hai bằng cách áp dụng kiến trúc phân tán và thực hiện mô phỏng trên tám nút cùng một lúc. theo Damalou.
Các thiết kế RF, bao gồm 5G và 6G , rất khó khăn. Thách thức lớn nhất khi chuyển từ thế hệ giao thức viễn thông này sang thế hệ giao thức viễn thông khác là các thiết bị cũng cần hỗ trợ các giao thức cũ hơn.
Damalou nói: “Nếu bạn nghĩ về tất cả những bộ thu phát giao tiếp trên các tần số khác nhau, nhưng được tích hợp rất chặt chẽ với nhau, thì bạn có thể tưởng tượng rằng đây là một cơn ác mộng nhiễu xuyên âm điện từ”.
Các kỹ sư không chỉ cần tối ưu hóa thiết kế cho một trong các giao thức truyền thông này (ví dụ: 6G) mà còn phải đảm bảo rằng nó không bị ghép nối và nhiễu xuyên âm hoặc can thiệp vào các bộ thu phát lân cận, chẳng hạn như 5G, 4G và 3G . Đây là một trong những thách thức lớn nhất từ góc độ điện từ.
Thách thức khác liên quan đến tần số cao khiến hiện tượng trở nên dữ dội hơn. Năm này qua năm khác, công nghệ điện tử tiếp tục phát triển, với các quy trình sản xuất đi từ 7, 5 và sau đó là 3 nm .
Damalou cho biết: “RaptorX là bộ giải duy nhất có thể lập mô hình phân tích các hiệu ứng phụ thuộc vào bố cục nâng cao liên quan đến việc chế tạo quy trình 7-, 5- và 3-nm”.
Trong số các khách hàng của Ansys, có cả những công ty làm việc trên các ứng dụng năng lượng cao. Mặc dù các công nghệ và vật liệu khác nhau, nhưng họ phải đối mặt với những thách thức giống như các nhà sản xuất chip tốc độ cao.
RaptorX, cũng như tất cả các công cụ danh mục đầu tư điện từ của Ansys, sử dụng công nghệ như được mô tả trong các tệp ICT hoặc iRCX khi chúng đến từ xưởng đúc. Các tệp này chứa thông tin liên quan, chẳng hạn như kích thước của độ dày lớp, sự thay đổi độ dày, hằng số điện môi, hệ số nhiệt độ, v.v. Các công cụ mô phỏng điện từ cũng có thể giải các phương trình Maxwell để tính toán mô hình điện từ bằng cách cung cấp bố cục.
“Tất nhiên, từ thế hệ này sang thế hệ khác của các công cụ của chúng tôi, chúng tôi đã gặp sự cố và lỗi, đồng thời chúng tôi đã xây dựng một khung xác thực và đảm bảo chất lượng rất mạnh mẽ với hàng nghìn điểm dữ liệu đến từ silicon của khách hàng hoặc từ các điểm chuẩn nội bộ của chúng tôi với Bộ giải tham chiếu vàng của Ansys,” Damalou nói. “Điều này đảm bảo tính chính xác của các mô hình điện từ RaptorX. RaptorX đã được tất cả các xưởng đúc lớn chứng nhận cho một số quy trình tiên tiến nhất và cho các kiến trúc IC 2.5D và 3D.”
Lộ trình
Lộ trình của Ansys bao gồm những cải tiến hơn nữa liên quan đến năng lực và tốc độ của quy trình công việc, cũng như sự phát triển của một công cụ có tên là RaptorQu đã ra mắt vào năm ngoái. RaptorQu là một bộ giải điện từ tập trung vào silicon siêu dẫn cho bộ xử lý lượng tử. Nó sử dụng cùng công nghệ và công suất như RaptorX, chỉ khác là tập trung vào chất siêu dẫn.
“Đây là một trọng tâm chính khác và chúng tôi tin rằng nó sẽ đáng để đầu tư mà chúng ta thấy trong điện toán lượng tử,” Damalou nói. “Sẽ có những bước phát triển lớn và chúng ta sẽ thấy kết quả thương mại có thể trong vòng chưa đầy 10 năm.”
